| 研究実績の概要 |
超伝導体における軌道自由度は, ギャップ構造や磁気構造等の性質に多大な影響を及ぼしている。特に軌道の分布は, 物質の性質を決める大きな要因になっている。多軌道自由度が超伝導体の性質に与える影響のより詳細な理解の糸口を見いだすために, 通常の第一原理計算を超えた電子相関効果がバンド構造に与える影響について調べた。第一原理計算を超えた電子相関効果を取り込む手法として, 今回QSGW法と呼ばれる手法を多軌道系の代表物質である鉄系超伝導体に適用した。 そして, 従来の研究で用いられるLDA/GGAによる計算結果と比べたときに, 実験結果との整合性がどの程度変化するのかを調べた。
複数の鉄系超伝導体に対してQSGW法を適用し, 得られたフェルミ面とバンド構造を通常のLDA/GGAによる結果と比較した。その結果, 一般的な変化として, 鉄の3d軌道とヒ素の4p軌道の混成が弱まり, フェルミ面近傍の鉄の3d軌道由来のバンドの幅が1割ほど狭まる効果があることが分かった。さらに全体の傾向として, QSGWを適用すると, LDAと比べてdxz/dyz軌道由来のフェルミ面が縮小し, フェルミ面の形状や順序が, 実験との整合性がよい方向へ改善される事を見いだした。また, 低温でネマティック相転移を起こすFeSeに関しては, 実験で得られた直方晶における結晶構造を用いても, LDAではほとんど見えない4回対称性の破れが, QSGWを適用することで, はっきりと現れることを見いだした。この成果については日本物理学会での発表を行うとともに, 一部は実験論文の理論部分としてPRB紙上に掲載された。
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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
軌道自由度の影響を理解するためにはバンド構造内の軌道自由度の分布を正確に知る必要がある。QSGWによってLDAを超えた電子相関を考慮することで, より実験と整合性のある電子バンドを鉄系超伝導体において得ることは, 今後の軌道自由度の影響を調べる上で重要な糸口を与えると考えられる。またQSGWで用いられている交換相関汎関数を拡張し, さらなる電子相関の効果を取り入れる指針もたった。またこのバンド構造を用いて有効模型も得られるため, 電子格子相互作用などの電子相関効果以外の寄与も取り込む指針がついている。以上のことから概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度得られた見識から, QSGWで考慮する交換相関汎関数を拡張することで, さらなる電子相関の効果の取り込みと, 有効模型の初期バンド構造の改善という二つの指針を見いだした。この方針に則り, 多軌道系における相互作用を有効に取り込むための手法の開発を試みる。また, より正確な軌道の効果を取り込むために, スピン軌道相互作用を考慮した模型解析を行うためのプログラムを構築し, 多軌道系の超伝導体の性質を調べる。特にBiS2超伝導体に関してはスピン軌道相互作用と電子格子相互作用を考慮することで, 新規超伝導体の可能性を探る。
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