最適化量子モンテカルロ法に基づく高温超伝導機構の研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05559
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 柳澤 孝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (90344217)
• 研究分担者: 長谷 泉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00357774)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 高温超伝導 / 最適化変分モンテカルロ法 / ハバードモデル / 反強磁性ゆらぎ / 電子相関起源超伝導 / 反強磁性絶縁体相 / 弱強相関クロスオーバー

研究実績の概要

強相関電子系の電子状態、特に高温超伝導機構を明らかにするためにモンテカルロ法による数値的研究を行なった。我々は、多体電子系における電子相関効果を明らかにするために、波動関数を改良して最適化し、その最適化波動関数を用いたモンテカルロ法(最適化モンテ カルロ法)を開発してきた。我々の方法においては、波動関数を系統的に最適化できるという利点かがある。この手法を用いて、高温超伝導体のモデルである二次元ハバードモデルとd-pモデルの電子状態を研究した。
我々は、バンドパラメーターと相互作用パラメーターを変えることにより、超伝導と反強磁性相を含む相図を明らかにした。高温超伝導は反強磁性相と常磁性相との境界において可能であることを示した。反強磁性相関が抑えられた領域で、超伝導が可能となる。高温超伝導が可能な状態は相互作用バラメーターを変えることにより実現するこができる。
最終年度においては、高温超伝導体の相図を明らかにするための研究を行なった。二次元ハバードモデルに対する最適化モンテカルロ法による計算により、低ドープ域において相分離が起こり、反強磁性絶縁体相が存在することを明らかにした。反強磁性絶縁体相に隣接して超伝導相が存在することを示した。これにより、銅酸化物超伝導体の典型的な相図が説明できることが明らかになった。三バンドd-pモデルにおいても同様に低ドープ域に反強磁性絶縁体相が存在することを示した。
強相関電子系における超伝導において運動エネルギー項の重要性を明らかにした。グッツビラー波動関数においては、クーロン相互作用の期待値が減少することにより超伝導状態が安定となる。すなわち、弱結合型の超伝導である。それに対し最適化された波動関数においては運動エネルギー項の期待値が減少し、超伝導状態が安定化していることを明らかにした。これが銅酸化物において高温超伝導が実現している理由である。

研究成果

• [雑誌論文] Phase diagram of the three-band d-p model (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, M. Miyazaki, K. Yamaji
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 133 ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the kinetic-energy driven superconductivity in the two-dimensional Hubbard model (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, K. Yamaji, M. Miyazaki
  • 雑誌名: Codensed Matter 巻: 6 ページ: 12-1, 10
  • DOI: 10.3390/condmat6010012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Renormalization group theory of generalized multi-vertex sine-Gordon model (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 033A01-1, 19
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of superconductivity due to kinetic energy effect in the strongly correlated phase in the two-dimensional Hubbard model (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa
  • 雑誌名: Physics Letters A 巻: 403 ページ: 127382-1, 6
  • DOI: 10.1016/j.physleta.2021.127382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zero-energy modes, fractional fermion numbers and the index theorem in a vortex-Dirac fermion system (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 12 ページ: 373-1, 15
  • DOI: 10.3390/sym12030373
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phase diagram and mechanism of superconductivity in strongly correlated electrons (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, M. Miyazaki, K.Yamaji
  • 雑誌名: Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 巻: 33 ページ: 2355, 2359
  • DOI: 10.1007/s10948-020-05487-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of cuprate high-temperature superconductors based on the optimization Monte Carlo method (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, M. Miyazaki, K.Yamaji
  • 雑誌名: Modern Physics Letters 巻: B34 ページ: 2040046-1, 9
  • DOI: 10.1142/S0217984920400461
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional topological insulator in pyrochlore oxides (2020)
  • 著者名/発表者名: I. Hase, T. Yanagisawa
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 12 ページ: 1076-1, 8
  • DOI: 10.3390/sym12071076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic structure of novel superconductor doped ZrPSe (2020)
  • 著者名/発表者名: I. Hase, T. Yanagisawa, H. Kito, K. Iwakiri, T. Nishio, H. Fujihisa, Y. Gotoh, H. Eisaki, K. Kawashima
  • 雑誌名: Journal of Physics Coferece Series 巻: 1590 ページ: 012008-1, 6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1590/1/012008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fermion zero-energy modes and fractional number in a fractional vortex-fermion system (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: 1590 ページ: 012009-1, 7
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1590/1/012009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic structure of novel superconductor Ca1-xSrxPd3P (2020)
  • 著者名/発表者名: I. Hase, T. Yanagisawa, A. Iyo, H. Fujihisa, Y. Gotoh, H. Eisaki, K. Kawashima
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [学会発表] 近藤効果研究の新展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳澤孝
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Kinetic energy driven superconductivity and quantum fluctuations in cuprate high-temperature superconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa
  • 学会等名: Quantum Complex Matter Superstripes 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phase diagram of cuprate high-temperature superconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa
  • 学会等名: International Symposium on Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] 最適化変分モンテカルロ法による二次元d-pモデルの相図 (2020)
  • 著者名/発表者名: 柳澤孝
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [備考] Research of Quantum Physics
  • URL: https://staff.aist.go.jp/t-yanagisawa/
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/quantumtheta