キャリアドープされたモット絶縁体のスピン・電荷ストライプ秩序に関する理論的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12046209
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 遠山 貴巳 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70237056)
• キーワード: ストライプ秩序 / 高温超電導体 / t-J模型 / ホール効果

研究概要

モット絶縁体へのキャリアドープは、スピンと電荷の自由度に起因した多彩な現象を生み出す。銅酸化物高温超伝導体のスピンと電荷のストライプ秩序はその一つである。本研究は、銅酸化物におけるスピン・電荷ストライプ秩序やその揺らぎが電子状態に及ぼす効果、その起源と超伝導現象との関連などストライプに関する多面的な問題を計算物理学的手法を用いて理論的に解明することを目的としている。
スピン・電荷ストライプ秩序やその揺らぎが存在する場合、通常のスピン・電荷分布が均一な金属状態と比較して、特異なキャリア濃度依存性や温度依存性が様々な物理量に期待される。今年度は前年度から引き続き、t-J模型に対して有限系クラスターに対する数値的厳密対角化法を用いて、温度の変化に伴なうスピン・電荷ストライプの電子状態に対する効果を明らかにした。混度上昇とともにストライプ秩序は壊れていくが、そのとき電荷ストライプとスピンドメインの間の相互作用が特異な温度変化を示すことをスピン相関、電荷相関、光学伝導度などを通じて見出した。また、ストライプ秩序が存在するもとでホール係数がゼロとなる現象を、一次元的に並んだキャリアの強相関による効果として説明し、実際その値がゼロになることを数値計算で示した。
ストライプ秩序の有無はドープされたキャリアの種類に依存する。ホールドープ型では存在するが、電子ドープ型では存在しない。ホール型と電子型の電子状態の違いを反強磁性相関の観点から明らかにした。そして、電子型ではストライプのない反強磁性金属状態が存在していることを理論的に示した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Shibata, T.Tohyama, S.Maekawa: "Temperature dependence of spin correlation and charge dynamics in stripe phase of high-T_c superconductors"Physical Review B. 64. 054519-1-054519-6 (2001)
• [文献書誌] P.Prelovsek, T.Tohyama, S.Maekawa: "Vanishing Hall constant in the stripe phase of cuprates"Physical Review B. 64. 052512-1-052512-4 (2001)
• [文献書誌] T.Tohyama, S.Maekawa: "Electronic states in the antiferromagnetic phase of electron-doped high-T_c cuprates"Physical Review B. 64. 212505-1-212505-4 (2001)
• [文献書誌] Y.Shibata, T.Tohyama, S.Maekawa: "Effect of charge stripes on electronic and magnetic properties on high-T_c cuprates"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 62・1-2. 269-271 (2001)
• [文献書誌] T.Tohyama, S.Maekawa: "Charge dynamics in electron-underdoped high-T_c cuprates"Journal of Physics and Chemistry of Solids. (未定). (2002)
• [文献書誌] T.Tohyama, S.Maekawa: "Electronic excitations in the antiferromagnetic phase of electron-doped high-T_c cuprates"Physica C. (未定). (2002)