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2017 年度 実施状況報告書

励起子凝縮が創出する新奇量子相理論の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 17K05530
研究機関千葉大学

研究代表者

太田 幸則  千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (70168954)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード励起子凝縮 / 物性理論 / 強相関電子系 / 遷移金属カルコゲナイド / 遷移金属酸化物 / 変分クラスター近似
研究実績の概要

平成29年度は、特に次の研究成果を得た。
(1) 励起子凝縮系物質Ta2NiSe5と1T-TiSe2の理論の新展開:・光学伝導度や時間分解光電子分光実験が示唆するTa2NiSe5の異常な正常状態を解明するため、第一原理計算の手法を用いてTa2NiSe5とTa2NiS5の光学伝導度を対比的に計算し、また求められた有効模型の密度行列繰り込み郡(DMRG)による解析を通して、Ta2NiSe5の励起子凝縮状態が従来の理論が予想するものとは全く異なる新規な状態であることを明らかにした。また、preformed exciton の役割を明らかにした。・1T-TiSe2 の電子状態を、電子格子相互作用を考慮した多バンドd-p模型を用いて定量的に解明し、多彩な実験事実と励起子凝縮の関係を明らかにした。・励起子揺らぎによる超伝導発現機構を2軌道ハバード模型の変分クラスター計算から明らかにし、Ta2NiSe5と1T-TiSe2の高圧下での超伝導発現に関する考察を行った。
(2) ぺロブスカイト型コバルト酸化物における磁気多極子秩序相の定量的解明:・5 軌道模型の定量的計算により磁気多極子構造とその外場応答を解明した。・クロスホッピングの導入によるスピン流密度波状態とk空間スピンテクスチャーおよび局所スピン流状態の実現の可能性を、2軌道ハバード模型の理論解析を用いて明らかにした。
(3) 関連する物質として、マンガン酸化物AMg4Mn6O15(A=K,Rb,Cs)の電子状態を理論解析し、これが強磁性パイエルス絶縁体であることを明らかにした。
(4) 成果の公表と更なる課題の検討:・得られた研究成果を学術論文として出版する準備を行い、数件について出版が完了した。国内で開催される学会・研究会等で発表し、国際会議で広く世界に公表した。研究の更なる展開をの方向性を模索した。

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

本申請計画では、いま爆発的な展開の時代を迎えている相関電子系における励起子凝縮に関する研究を、基礎理論の構築から現実の物質に関する定量的な研究に至るまで、幅広く展開し、励起子凝縮が創出する新奇量子相研究に、開拓的な新展開をもたらす。すなわち、計画の3年間で、スピン一重項励起子系、スピン三重項励起子系、スピン軌道相互作用系の3項目の研究に総合的に取り組み、超伝導と並ぶフェルミオン系の対凝縮機構の学理を深化させる。
平成29年度は、(1) 励起子凝縮系物質Ta2NiSe5と1T-TiSe2の理論の新展開、(2) ぺロブスカイト型コバルト酸化物における磁気多極子秩序相の定量的解明、(3) 関連する物質としてのマンガン酸化物AMg4Mn6O15(A=K,Rb,Cs)の電子状態を理論解析を行った。これらのうちの一部はすでに学術論文として出版されているが、現在投稿中や近々に投稿予定のものもあり、論文の出版を急ぐ必要がある。特に、Ta2NiSe5とTa2NiS5の光学伝導度を対比的計算を通して実証したTa2NiSe5の励起子凝縮の強結合的性質は、今後のこの分野の展開に大きな軌道修正を図るのもであり、至急論文の採択をめざす。また、2軌道ハバード模型にクロスホッピングを導入した系のスピン流密度波状態とk空間スピンテクスチャーおよび局所スピン流状態の実現に関する理論的研究は既に完成しており、早急の論文投稿を目指す。
本研究では、現在査読中のものを含めすでに4件程度の学術論文を出版・投稿しており、なお数件の投稿準備中の研究がある。また国内で開催される学会・研究会等で発表し、国際会議で広く世界に公表した。以上により、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

本研究は、代表者に加えて、連携研究者4名、海外研究協力者4名、研究協力者3名、計12名の連携により推進される。役割分担を決め、実験グループとも連携する。平成30年度以降は、次の各課題を順次(必要に応じて同時並行的に)実行に移す。
(1) 励起子凝縮が導く新奇量子相理論の更なる展開:・多極子秩序状態の共鳴非弾性X 線散乱実験(RIXS)による観測方法を提案する。・鉄カルコゲナイド系のネマティック秩序相における励起子凝縮の役割を検討する。・二層グラフェン系における励起子ジョセフソン効果の実現可能性を検証する。・励起子凝縮相における位相の非固定化と超流動状態の実現可能性を検討する。(2) スピン軌道相互作用系における励起子凝縮理論の新展開:・励起子磁性1:二重ぺロブスカイト型イリジウム酸化物の奇妙な低温磁気秩序状態における励起子凝縮の役割を検証し、これに関する論争に決着を付ける。・励起子磁性2:Ca2RuO4 の電子状態を再検討し励起子磁性の可能性を解明する。・励起子磁性3:励起子強磁性の発現可能性を再検討し候補物質を探索する。(3) トポロジカル励起子相理論への新展開:・強相関Bernevig-Hughes-Zhang 模型にVCA を適用し、励起子凝縮とエッジ状態の関連を明らかにする。これによりトポロジカル励起子相実現の可能性を提案する。(4) 関連する新現象・新物質への理論の展開と実験家への提案:・関連する新物質・新現象の発見に理論的観点から即対応し、実験への提言を行う。(5) 成果の公表と更なる課題の検討:・得られた研究成果を学術論文として出版する。また国内で開催される学会・研究会等で発表し、国際会議で広く世界に公表する。その議論を基に研究の更なる展開を図る。

次年度使用額が生じた理由

若干の消耗品を購入の予定であったが、実際には購入しなかったため、物品費の使用額が計画と異なる結果となった。来年度に合算して使用予定である。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Greifswald/IFW-Dresden(Germany)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Greifswald/IFW-Dresden
  • [雑誌論文] Ferromagnetic Peierls insulator state in AMg4Mn6O15 (A=K,Rb,Cs)2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, K. Sugimoto, Y. Ohta, Y. Tanaka, H. Sato
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 ページ: 161103(R)/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.161103

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multipole ordering and collective excitations in the excitonic phase of Pr0.5Ca0.5CoO32017

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Tomoki, Sugimoto Koudai, Ohta Yukinori
    • 雑誌名

      Physica B

      巻: 921 ページ: 4526/1-3

    • DOI

      10.1016/j.physb.2017.08.020

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 変分クラスター近似による励起子揺らぎを媒介とした超伝導発現の可能性2018

    • 著者名/発表者名
      藤内亮, 杉本高大, 太田幸則
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 励起子相に誘起される局所スピン流:ブロッホの定理と対称性による考察2018

    • 著者名/発表者名
      西田尚央, 宮腰祥平, 金子竜也, 杉本高大, 太田幸則
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 層状Li0.33VS2における巨大なエントロピー変化を伴う構造相転移2018

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸, 田村慎也, 山口伴紀, 杉本高大, 太田幸則, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 強磁性パイエルス絶縁体としての新規マンガン酸化物AMg4Mn6O15 (A=K,Rb,Cs)2018

    • 著者名/発表者名
      山口伴紀, 杉本高大, 太田幸則, 田中雄大, 佐藤博彦
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] Theoretical perspectives on a layered excitonic insulator Ta2NiSe52017

    • 著者名/発表者名
      Yukinori OHTA
    • 学会等名
      European Materials Research Society 2017 Fall Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TiSe2の1粒子スペクトルと電荷密度分布2017

    • 著者名/発表者名
      金子竜也, 太田幸則, 柚木清司
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] Ta2NiSe5の軌道間相互作用による絶縁化と光学伝導度2017

    • 著者名/発表者名
      杉本高大, 西本理, 金子竜也, 太田幸則
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 二軌道ハバード模型の励起子相におけるスピンテクスチャーとスピン流2017

    • 著者名/発表者名
      西田尚央, 宮腰祥平, 金子竜也, 杉本高大, 太田幸則
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 新規マンガン酸化物AMg4Mn6O15 (A=K,Rb,Cs)の電子状態2017

    • 著者名/発表者名
      山口伴紀, 杉本高大, 太田幸則, 田中雄大, 佐藤博彦
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 変分クラスター近似による二軌道系の超伝導2017

    • 著者名/発表者名
      藤内亮, 杉本高大, 太田幸則
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] Superconductivity mediated by excitonic fluctuations: Variational cluster approach2017

    • 著者名/発表者名
      R. Fujiuchi, K. Sugimoto, Y. Ohta
    • 学会等名
      The 28th Intgernatipnal Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Global spin current and spin texture in the excitonic phase of the triangular-lattice Hubbard model2017

    • 著者名/発表者名
      H. NISHIDA, S. MIYAKOSHI, Y. OHTA
    • 学会等名
      The 28th Intgernatipnal Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical analysis of optical conductivity in Ta2NiSe52017

    • 著者名/発表者名
      K. Sugimoto, S. Nishimoto, T. Kaneko, Y. Ohta
    • 学会等名
      The 28th Intgernatipnal Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Excitonic fluctuation and collective excitations in cobalt oxides2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, K. Sugimoto, Y. Ohta
    • 学会等名
      The 28th Intgernatipnal Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Charge-density-wave and excitonic instabilities of a realistic multi-orbital Hubbard model with electron-phonon coupling for 1T-TiSe22017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya KANEKO, Yukinori OHTA, Seiji YUNOKI
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Multipole ordering and collective excitations in the excitonic phase of Pr0.5Ca0.5CoO32017

    • 著者名/発表者名
      Tomoki YAMAGUCHI, Koudai SUGIMOTO, Yukinori OHTA
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Orbital diamagnetic susceptibility in excitonic condensation phase2017

    • 著者名/発表者名
      Koudai SUGIMOTO, Yukinori OHTA
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] k-space spin texture in the excitonic phase of the triangular-lattice Hubbard model2017

    • 著者名/発表者名
      Hisao NISHIDA, Shohei MIYAKOSHI, Yukinori OHTA
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
    • 国際学会
  • [備考] 千葉大学大学院理学研究院強相関電子系理論研究室ホームページ

    • URL

      http://physics.s.chiba-u.ac.jp/ohtal/index.html

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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