| 研究課題/領域番号 |
19K03708
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
柴田 尚和 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40302385)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 強相関電子系 / 近藤複不純物模型 / 密度行列繰り込み群 / 近藤効果 / 量子ホール系 / 端状態 |
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| 研究実績の概要 |
近藤複不純物模型において、局在スピンと伝導電子の間の交換相互作用の大きさと伝導電子密度を変えた場合の局在スピン間相関の変化を調べ、個々の局在スピンが近藤効果によって伝導電子を順次束縛していく過程で、局在スピン間の相関が大きく変化することを明らかにした。この相関の変化は、局在スピンによる伝導電子の束縛によって、局在スピン間の有効相互作用の担い手となる伝導電子数が不連続に変化したことで生じたと考えられる。このことから、局在スピンと伝導電子の間の局所的な相互作用の強さを変えることよって、空間的に離れた局在スピン間の相関を効果的に制御できることが明らかになった。
また、散逸のない低次元伝導チャンネルとして注目されている量子ホール系の端状態の構造とその安定性を、作成する試料のゲート構造やポテンシャル形状を変えることで調べ、ストライプ状の電子密度の振動が端に沿うように出現するミクロな端構造の存在を発見した。この構造は量子揺らぎが失われたときに現れるウィグナー結晶の構造に近いもので、その長さのスケールは電子占有率によって定まっている。また、その振動の減衰定数はバルクの非圧縮液体状態の安定性を決める励起ギャップの大きさと相関し、バルクと端状態が一体となっていることを確認した。さらに、系の端に様々な形状のポテンシャルを加えたときの端構造の安定性を調べ、系の端に電子占有率が1になるドメインが形成されることで、バルクの液体状態に隣接する端状態が強く安定化されることを見出した。この現象は、端に働くポテンシャル形状や化学ポテンシャルの変化を電子占有率1のドメインがそのサイズや位置を変えることで遮蔽し、内部の非圧縮液体状態とその端状態を保護することで生じたと考えられる。
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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
近藤複不純物模型、及び、磁場中２次元電子系において、電子相関を正確に取り込む計算手法を用いて結果を解析することができており、ほぼ予定通りに進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
得られた量子多体状態を系統的に調べ、その形成条件、相互作用や外場依存性を確認する。量子多体系の局所安定状態の形成と転移のメカニズムを解明し、電子相関を利用したデバイス応用に繋げたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年2月13日に発生した福島県沖地震によって、研究室が冠水し、性能検証用に購入していた電子部品の使用ができなくなった。そのため、本研究で予定していた計算機の購入を次年度に延期することになった。検証用に購入していた電子部品の正常動作を確認後に延期していた計算機の購入を行う予定。
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