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2021 年度 実績報告書

第一原理計算と強相関手法の組み合わせによるニッケル酸化物超伝導の相図の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K22342
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

北谷 基治  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (50871331)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
キーワード高温超伝導 / 強相関 / 動的平均場理論
研究実績の概要

当初の計画通り、近年見つかった無限層ニッケル酸化物での超伝導について、1軌道模型を超えて主要なバンド以外をあらわに取り込んだ多軌道模型に対して動的平均場理論を用いて解析をすることでその効果を調べた。その結果として、フェルミポケットを作っている軌道との混成による超伝導への寄与は小さく、低温になっても近藤効果のような現象は発生していないと考えられる。これは動的平均場理論を超えて空間揺らぎを取り込んだ動的バーテックス近似を用いても同様と考えられる。

またd軌道間の混成の効果を調べるため、動的平均場理論を用いて超伝導が起こるような低温の計算を行い、フント結合よる影響などを調べた。その結果として、超伝導が発現するフィリング領域ではフント結合による影響は大きくないと考えられる。また手法開発としては、動的バーテックス近似の空間的な揺らぎを取り込むダイアグラム展開の部分の実装の詳細による違いの比較など、詳細なベンチマーク計算を行うと共に、多軌道模型への拡張を行った。

さらに無限層系だけではなく、新たに見つかった5層系のニッケル酸化物超伝導物質について、密度反関数法に基づきつつ動的バーテックス近似を適用して転移温度の計算を行うことで、実験で得られた転移温度が定量的に説明できることがわかった。そこでは、強相関効果による電荷の移動が超伝導発現に影響を与えている。これには第一原理計算と強相関手法の組み合わせが必要不可欠であり、本研究で行った解析の重要性が示されている。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] Vienna University of Technology(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      Vienna University of Technology
  • [国際共同研究] Northwest University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Northwest University
  • [国際共同研究] IFW Dresden(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      IFW Dresden
  • [国際共同研究] NIMTE(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      NIMTE
  • [雑誌論文] Hidden, one-dimensional, strongly nested, and almost half-filled Fermi surface in Ba2CuO3+y superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Worm Paul、Kitatani Motoharu、Tomczak Jan M.、Si Liang、Held Karsten
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 085110

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.085110

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase Diagram of Nickelate Superconductors Calculated by Dynamical Vertex Approximation2022

    • 著者名/発表者名
      Held Karsten、Si Liang、Worm Paul、Janson Oleg、Arita Ryotaro、Zhong Zhicheng、Tomczak Jan M.、Kitatani Motoharu
    • 雑誌名

      Frontiers in Physics

      巻: 9 ページ: 810394

    • DOI

      10.3389/fphy.2021.810394

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Natural orbital impurity solver for real-frequency properties at finite temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Motoharu Kitatani, Shiro Sakai, Ryotaro Arita
    • 学会等名
      APW-RIKEN-Tsinghua-Kavli workshop “Highlights on condensed matter physics”
    • 国際学会
  • [学会発表] Calculation of the phase diagram of nickelate superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Motoharu Kitatani, Liang Si, Oleg Janson, Zhicheng Zhong, Paul Worm, Jan M. Tomczak, Ryotaro Arita, Karsten Held
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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