| 研究課題/領域番号 |
18K03478
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
富田 憲一 山形大学, 理学部, 教授 (70290848)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 量子動力学 / 強相関電子系 / 非断熱効果 / 多配置理論 |
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| 研究実績の概要 |
1．非断熱的格子の量子揺らぎを取り込んだ共鳴Hartree-Fock法を用いてポリアセチレンが金属化する機構を明らかにした。ポリアセチレンは炭素がジグザグに一次元方向に延びる単純な構造を持っており、そのままでは半導体である。しかし、これにハロゲン物質をドープすることで銅に匹敵する電気伝導度を持つようになることで注目された。赤外吸収分光からドープするとスピンをもたない荷電ソリトンが生成されることが指摘されていたが、高ドープ領域でパウリ常磁性を示すことから、伝導を担うキャリアが不明のままであった。
私たちは、高ドープ領域で格子の非断熱的量子揺らぎを考慮すると、ソリトンバンドと価電子帯のギャップがマージされて、朝永―ラッティンジャー流体になることを示した。この様子は波数依存電子密度のドーピング依存性を解析することで明らかになった。低ドープ領域では波数依存電子密度はフェルミ波数のところで解析的な変曲点になるが、高ドープ領域では微分がべき発散する朝永―ラッティンジャー流体に特徴的な構造を持つことを示した。本研究はPhysical Review B99, 035203(2019).に掲載された。
2．TTF-CA（テトラチアフルバレン‐クロアニル）はサブピコ秒オーダーの超高速電場応答を示す強誘電体として注目されている。中性相では格子ひずみを伴わない常誘電体であるが、超高速電場応答実験を行うと、わずかに分極の変化が現れることが指摘されている。私たちは、格子ひずみがないTTF-CAの中性相に量子揺らぎとしてイオン性相のドメインが現れ、ドメイン内に局所的な結合交代が現れることを明らかにした。これの計算結果は、中性相TTF-CAの電場応答実験の結果と整合している。現在この研究成果は論文として執筆中である。
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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
ポリアセチレンの電気伝導機構については論文として出版され、TTF-CAの中性相電子格子状態についても論文執筆中である。
それ以外の基底状態についても事前計算は終わっており、大きな問題はないと考えている。
量子動力学への応用については、コーディングが終わらなかったが定式化は終わっており、令和元年度には完成する見通しができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
1．TTF-CAはイオン性相で強誘電体となるだけでなく、サブピコ秒オーダーでの超高速電場応答を示すことで注目されている。イオン性相における電子と格子の構造と量子揺らぎを明らかにし、超高速電場応答の起源を探る。イオン性では分子内にスピンが生じることから、スピンソリトンが揺らぎの起源となることが予想されるが、格子ひずみがあることから格子のソリトンも揺らぎとして存在する可能性があり、強誘電分極との関連について考察する。
2．(TMTTF)_2X(x=PF_6など）は温度や圧力により多彩な基底状態を有する物質で、近年は電子強誘電体として注目されている。私たちは、少数サイトの事前計算で、同一サイトクーロン相互作用は格子ひずみを増強し、最隣接サイトクーロン相互作用は電荷移動を増強することを明らかにした。強誘電相は両者が拮抗しひずみと電荷移動が共存する領域で現れる。この強誘電相では、分極の向きが反転する量子揺らぎが存在することも明らかにした。これは量子常誘電体の発現機構とも関係があると考えている。今後は系のサイズを増やし、強誘電相の電子と格子の構造並びに量子揺らぎについて明らかにする。
3．非断熱共鳴Hartree-Fock法を量子動力学理論に拡張する。Dirac-Frenkelの時間依存変分方程式を解く。コーディングを年度内に終わらしTTF-CAの超高速分極応答の機構を明らかにする。
4.擬一次元強相関物質における光励起状態と緩和ダイナミクスを明らかにする。ハロゲン架橋Ni錯体などの擬一次元強相関物質では、電子―格子相互作用の影響も大きく、断熱近似を超えた格子の記述が必要である。大きな量子揺らぎと非断熱効果が光励起と緩和に及ぼす影響を実時間発展を通して明らかにする。
5．課題など：現在までのところ大きな問題は予想されていないが、大型計算機が必要な時は、物性研究所や分子科学研究所の計算機の利用も考える。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
旅費の使用額が当初計画より少なかったことが理由です。これは参加を予定していた国際会議と日本物理学会春の年会が学内の仕事が重なったいたことなどが原因です。
平成31年度は、日本物理学会及び国内外で開催される国際会議に複数参加予定で、成果報告や情報交換など助成金を有効に利用できると考えています。
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