| 研究課題/領域番号 |
13J03134
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
田村 駿 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 超伝導 / 変分モンテカルロ法 / 銅酸化物超伝導体 / 擬ギャップ / d-p模型 / 交代電流状態 |
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| 研究実績の概要 |
銅酸化物超伝導体は超伝導転移温度(Tc)より高温の領域において擬ギャップが観測されている。この擬ギャップがTcとどのように関係するのかということは擬ギャップが観測されて以来の問題であり、未だに議論の対象である。スピン偏極中性子散乱の実験では、この領域において並進対称性は破らないが、時間反転対称性が破れているという結果が得られている。このような状態は電気伝導を担う2次元のCuO2面において、銅と最近接の2つの酸素からなる局所的な三角形において電流が流れている状態が実現している可能性がVarmaにより指摘されていた。この局所電流状態はWeberらが銅のd軌道と酸素のp軌道を考慮したd-p 模型に対して変分モンテカルロ法(VMC)を適用した計算から頂点酸素を考慮することにより、銅と酸素の一体のポテンシャル差が十分に小さい時に安定化することが報告されている。
また、光電子分光の実験では、擬ギャップの領域において2倍周期を示唆するシャドウバンドが観測されている。この結果は銅酸化物超伝導体の最も簡単な模型であるt-J模型に対する理論から、交代電流状態が実現している可能性が指摘されている。
我々は、VMCをハバード模型に対して適用する際に、上記の交代電流状態を安定化させるためには電子配置に依存した位相因子が不可欠であることを見出した。電流が流れている状態に対して、この位相因子は重要であると考えられるが、Weberらはこの因子を考慮していなかった。
以上のことから、我々は位相因子を導入し、d-p模型に対して頂点酸素を考慮せずに計算を行った。そして、非磁性状態に対して交代電流状態の方がエネルギーが小さいパラメータ領域の存在を確認した。しかし、局所電流状態は、エネルギーが下がる領域は現在のところ見つかっていない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今までは、銅酸化物高温超伝導体の最も簡単な模型であると考えられているハバード模型について計算を行っていたが、現実の物質により近いと考えられるd-p模型について計算を行えるようにプログラムを変更し、また、Umrigarらが報告した多量の変分パラメータを最適化する方法を導入した。そしてd-p模型において擬ギャップ状態の候補の一つと考えられる交代電流状態が非磁性状体よりもエネルギーが下がることを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
銅酸化物高温超伝導体の良い模型であるd-p模型に対して変分モンテカルロ法を適用した計算では、頂点酸素を考慮しないときにはホールをドープした際に、反強磁性状態が広いドープ領域に渡って安定であるという結果が報告されている。現実の物質ではホールのドープと共に超伝導が発現するため、試行波動関数の改善、又は、頂点酸素まで考慮した模型を計算する必要があると考えられる。しかし、d-p模型はユニットセル内に3つの原子があるため、自由度が大きく、理論計算には計算コストが大きくなるため先行研究は数が少ない。よって、本年度は頂点酸素を考慮したd-p模型に対して反強磁性、超伝導、そしてこれらの共存状態の試行波動関数を用いてd-p模型を調べ、現実の物質と同様の基底状態の相図が得られるパラメータ領域を探索する。その上で、擬ギャップ状態の候補の一つである交代電流状態とVarmaの提唱している局所電流状態について再考し、これらの状態が超伝導状態とどのような関係になっているのかを論じる。
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