量子相転移の物理の革新 ―トポロジカル量子臨界、多重量子臨界と新量子相―

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22340090
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 今田 正俊 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70143542)
• 研究分担者: 三澤 貴宏 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10582687)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子臨界現象 / 非フェルミ液体 / トポロジカル相転移 / モット転移 / マージナル量子臨界

研究概要

系のトポロジー変化によって特徴づけられる量子相転移や、1次相転移の浸み出し効果のあるような、特異な量子臨界点がその周りに引き起こす新奇な量子臨界性（マージナル量子臨界性や多重量子臨界性）の特質を明らかにすることが研究目標である。本年度は以下の4つの課題について研究成果を得た。
１．イリジウム化合物の新奇量子相の可能性を第一原理的に追究した。Na2IrO3でキタエフ型の量子スピン液体が生じる条件と、現実のNa2IrO3が磁気秩序を持つ機構をともに明らかにした。このスピン液体はマヨラナフェルミオンによって記述されることがわかっており、新奇なトポロジカル相として興味深い。
２．ハバード模型の超伝導を前年度に引き続いて吟味し、相分離と関連するマージナル量子臨界点の近傍で、超伝導相が顕著に安定化するという超伝導機構が存在することをより確実なものとした。特に電荷感受率の増大と超伝導秩序の増大の対応関係が明確となった。
３．鉄系の超伝導体の第一原理模型においても磁性の一次転移に伴う電荷のゆらぎが生じ、また連続転移との境界にマージナルな量子臨界点が生じることが示された。この周辺で超伝導が生じており、実験的に観測されている相図との一致も良い。ハバード模型の場合と共通する超伝導機構が存在することが示された。以上より、銅酸化物と鉄系超伝導体に共通して、1次転移及びそれに伴うマージナルな量子臨界点の近傍で電荷感受率が増大することによって、超伝導が安定化されるという機構が普遍的に存在することが明らかとなり、高温超伝導の発現機構の理解が進んだ。
４．次近接相互作用のある三角格子上のハイゼンベルク模型およびハバード模型において、量子スピン液体相が存在し、ギャップのない励起で特徴づけられることが示された。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Theory of Pseudogap in Underdoped Cuprates (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Imada, S. Sakai, Y. Yamaji and Y. Motome
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Ser 巻: 449 ページ: 012005(1-10)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/449/1/012005
• [雑誌論文] Phase Diagram Structure of Topological Mott Transition for Zero-Gap Semiconductors beyond Conventional Landau-Ginzburg-Wilson Scenario (2013)
  • 著者名/発表者名: Moyuru Kurita, Youhei Yamaji, and Masatoshi Imada
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 115143(1-21)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.115143
• [雑誌論文] Raman-Scattering Measurements and Theory of the Energy-Momentum Spectrum for Underdoped Bi2Sr2CaCuO8+δ Superconductors: Evidence of an s-Wave Structure for the Pseudogap (2013)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai, Sebastien Blanc, Marcello Civelli, Yann Gallais, Maximilien Cazayous, Marie-Aude Measson, Jinsheng Wen, Zhijun Xu, Genda Gu, Giorgio Sangiovanni, Yukitoshi Motome, Karsten Held, Alain Sacuto, Antoine Georges, and Masatoshi Imada
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 111 ページ: 107001 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.107001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Multi-Variable Variational Monte Carlo Method Examined by High-Precision Calculations of One-Dimensional Hubbard Model (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryui Kaneko, Satoshi Morita, Masatoshi Imada
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 454 ページ: 012046 (1-9)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/454/1/012046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Derivation of Static Low-Energy Effective Models by ab initio Downfolding Method without Double Counting of Coulomb Correlations: Application to SrVO3, FeSe and FeTe (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hirayama, T. Miyake and M. Imada
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 195144 (1-22)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.195144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomically Resolved Spectroscopic Study of Sr2IrO4: Experiment and Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: Qing Li, Guixin Cao, Satoshi Okamoto, Jieyu Yi, Wenzhi Lin, Brian C. Sales, Jiaqiang Yan, Ryotaro Arita, Jan Kunes, Anton V. Kozhevnikov, Adolfo G. Eguiluz, Masatoshi Imada, Zheng Gai, Minghu Pan, David G. Mandrus
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 ページ: 3073 (1-7)
  • DOI: 10.1038/srep03073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Monte Carlo Simulations for Stacked Spin-Ladder Systems Containing Low Concentrations of Nonmagnetic Impurities: Application to the Low-Temperature Broadening of NMR Spectra in SrCu2O3 (2013)
  • 著者名/発表者名: Robert Achleitner, Hans Gerd Evertz, Masatoshi Imada, Ralf Gamillscheg, Peter Mohn
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 214422 (1-10)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.214422
  • 査読あり
• [学会発表] Superconductivity in Ab initio Low-Energy Model for Iron-Based Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Misawa and Masatoshi Imada
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting 2014
  • 発表場所: Denver, USA
  • 年月日: 20140303-20140307
• [学会発表] 近藤格子系における電荷秩序とその周辺 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三澤 貴宏
  • 学会等名: 第3回 強相関電子系理論の最前線 -若手によるオープン・イノベーション-
  • 発表場所: 勝浦観光ホテル、和歌山
  • 年月日: 20131216-20131218
  • 招待講演
• [学会発表] 多変数変分モンテカルロ法を用いたハバード模型における高温超伝導機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三澤 貴宏、今田 正俊
  • 学会等名: 物性研スパコン共同利用・CMSI合同研究会 (第4回CMSI研究会) -計算物質科学の課題と展望-
  • 発表場所: 東京大学物性研究所、千葉
  • 年月日: 20131210-20131213
• [学会発表] Novel Quantum Phases and Nonequilibrium Dynamics in Strongly Correlated Quantum Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Imada
  • 学会等名: CMSI International Symposium 2013 -Extending the power of computational materials sciences with K-computer-
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20131021-20131022
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体の第一原理有効模型の解析 -ドーピング効果およびモット絶縁体の近接効果- (2013)
  • 著者名/発表者名: 三澤 貴宏
  • 学会等名: 基研研究会「鉄系高温超伝導の物理～スピンと軌道の協奏～」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所、京都
  • 年月日: 20131008-20131009
  • 招待講演
• [学会発表] ハバード模型における高温超伝導再考 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三澤 貴宏、今田 正俊
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学、徳島
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Iridates as Playgrounds of Topological Physics (2013)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Imada
  • 学会等名: International Workshop on Electronic Properties of Spin-Orbit Driven Oxides
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 20130904-20130907
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Correlation Effects on Topological Phases (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Imada
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2013)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20130805-09
• [学会発表] 第一原理電子状態計算法を用いた高温超伝導の機構解明
  • 著者名/発表者名: 三澤 貴宏
  • 学会等名: 「京」一般利用情報交換会
  • 発表場所: 理化学研究所 計算科学研究機構、兵庫
  • 招待講演