| 研究課題/領域番号 |
20K03847
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
渡部 洋 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 研究員 (50571238)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 銅酸化物高温超伝導体 / 軌道自由度 / 強相関電子系 / 変分モンテカルロ法 |
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| 研究実績の概要 |
令和3年度は、前年度に引き続き銅酸化物高温超伝導体の諸物性の物質依存性に関する理論研究を行った。単層系の典型例であるLa_{2}CuO_{4}とHgBa_{2}CuO_{4}（以下ではLa系、Hg系と略記）に対して第一原理計算を行い、得られたバンド構造を再現する4バンドd-p模型を構築した。これらの模型に対して変分モンテカルロ法を適用し、様々なパラメータ空間における基底状態の性質を詳細に調べた。前年度は適切なクーロン相互作用パラメータの下ではホールドープ量δに対して超伝導相関関数がドーム型となり、La系に比べてHg系の方が大きくなることを示した。これは実験事実とも整合している。今年度はさらにクーロン相互作用をパラメータとして変化させたところ、隣接d軌道間のクーロン相互作用V_{dd}によって超伝導を含む秩序状態が顕著に抑制されることを示した。また、母物質がモット絶縁体からスレーター絶縁体に転移するのに伴って超伝導相関関数がドーム型から単調減少型に転じることを示した。これは電子ドープ型の銅酸化物で見られる振舞いと類似しており、クーロン相互作用と超伝導の関係の理解がさらに進展した。また、超伝導が消失した過剰ドープ領域においてフント結合に起因する局在磁気モーメントの増大を見出した。これは研究計画で思い描いていたシナリオ通りの結果であり、過剰ドープ領域での帯磁率の非自明な振る舞いや強磁性の解明に大きく貢献すると期待される。また、フント結合の増大によってフェルミエネルギー付近でのd_{z^2}軌道の寄与が増大し、それが超伝導を抑制することを再確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
超伝導のより詳細なメカニズムの理解が進展したことに加え、過剰ドープ領域での新奇な磁性の解明の糸口となる局在磁気モーメントの増大を見出せたのは予想以上の成果だったため、当初の計画以上に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
超伝導と競合する反強磁性やストライプ相とのエネルギー比較を通じて、ホールドープ量をパラメータとした基底状態相図を完成させる。また、ストライプ相の内部構造（電荷・スピン密度波の周期や位相）の物質依存性を明らかにする。以上は単層系に対する解析であるが、CuO$_2$層の枚数を変化させた計算も行い、多層系で高い転移温度が実現するメカニズムを明らかにする。これらの結果を総合して銅酸化物高温超伝導体の統一的な記述と理解を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウイルスの感染拡大が収まらず、参加予定だった国際会議・国内会議のほぼ全てが中止あるいはオンライン開催となり、参加費や旅費の未使用額が発生した。特にブラジルで開催予定だった強相関電子系国際会議（SCES）は旅費が高額になる試算であった。
次年度はコロナウイルスの状況も鑑みつつ、国際会議・国内会議の旅費としての執行を計画している。また、基底状態相図をはじめとした銅酸化物高温超伝導体の統一的な記述には膨大な計算量が必要となる。そのため、大規模計算用のクラスターマシンの購入を計画している。
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