パイロクロア格子構造を持つバナジウム酸化物の特異な電子状態に関する理論的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540324
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 太田 幸則 千葉大学, 理学部, 助教授 (70168954)
• キーワード: 強相関電子系 / 遷移金属酸化物 / フラストレーション / 金属絶縁体転移 / 密度行列繰り込み群 / 量子モンテカルロ / 電荷秩序 / 準1次元系

研究概要

遷移金属酸化物は典型的な強相関電子系として知られている。本研究では、これら物質が示す現象の本質を記述する最小の模型を導出し、ハートレー・フォック近似による理論的手法、および密度行列繰り込み群の手法や量子モンテカルロ法などの計算物理学的手法を用いて、その特異な電子状態の解明を目指した研究を行った。特に、準1次元三角格子構造を持つ遷移金属酸化物に焦点を当て、その電荷自由度の構造的フラストレーションが、電気伝導やスピン励起にもたらす効果について調べた。
平成14年度の主要な研究成果は次の通りである。
(1)擬1次元3角格子系の新物質であるホランダイト化合物Bi_xV_8O_<16>の電荷と軌道の秩序化に関する研究を進めた。多体摂動計算と少数系の数値的対角化計算を組み合わせ、準1次元t2g軌道系における電荷・軌道整列パターンとスピン状態を予測した。そして、電荷・軌道秩序を伴ったスピンシングレット状態がこの物質の基底状態であることを、理論的観点から示唆した。
(2)電荷秩序系物質の転移温度近くの高温相で、電荷ゆらぎとスピン励起がどのように関係するかという問題に対し、スピン・擬スピン結合模型の量子モンテカルロ計算と有限温度密度行列繰り込み群による計算を実行し、磁気応答の異常性の起源を考察した。α'-NaV_2O_5の異常な磁気応答がこの効果による可能性を示唆した。
(3)非超伝導銅酸化物PrBa_2Cu_4O_8のCuO二重鎖の光学伝導度スペクトルを平均場理論の範囲で解析し、この系の異常な電荷ゆらぎの存在を明らかにした。また、密度行列繰り込み群の手法によりこの模型の精密な基底状態を計算し、電荷フラストレーションが電荷秩序を融解させ金属相が出現することを示した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Shibata, Y.Ohta: "Charge and Orbital Ordering in the Triangular-Lattice t_<2g>-Orbital System in One Dimension : A Possible Ground State of Bi_xV_8O_<16>"Journal of the Physical Society of Japan. 71,No.2. 513-518 (2002)
• [文献書誌] R.Amasaki, Y.Shibata, Y.Ohta: "Optical Conductivity in the CuO Double Chains of PrBa_2Cu_4O_8 : Consequences of Charge Fluctuation"Physical Review B. 66. 012502 (2002)
• [文献書誌] S.Ejima, T.Nakaegawa, Y.Ohta: "Excitations in the Coupled Spin-Pseudospin Model for Quarter-Filled Ladders"Physica B. 328. 105-107 (2003)
• [文献書誌] Y.Ohta, S.Ejima, T.Nakaegawa: "Interplay between Spin and Charge Excitations in the Coupled Spin-Pseudospin Systems"Journal of Low Temperature Physics. 133. No.3-4. 239-243 (2003)
• [文献書誌] Y.Ohta, R.Amasaki, Y.Shibata: "Optical Conductivity in the CuO Double Chains of PrBa_2Cu_4O_8"Journal of Low Temperature Physics. 133. No.3-4. 245-249 (2003)
• [文献書誌] Y.Ohta, S.Ejima, Y.Shibata, T.Nakaegawa: "Anomalous Spin Excitations in a Coupled Spin-Pseudospin Model for Anisotropic Hubbard Ladders at Quarter Filling"Physica B. (印刷中). (2003)