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2014 年度 実績報告書

5d遷移金属酸化物の強いスピン軌道相互作用がもたらす強相関量子相に関する微視理論

研究課題

研究課題/領域番号 25287096
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

柚木 清司  独立行政法人理化学研究所, 柚木計算物性物理研究室, 准主任研究員 (70532141)

研究分担者 白川 知功  独立行政法人理化学研究所, 柚木計算物性物理研究室, 基礎科学研究員 (40571237)
渡部 洋  独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 協力研究員 (50571238)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード5d電子系 / 遷移金属酸化物 / スピン軌道相互作用 / 第一原理バンド計算 / ヘテロ構造 / 動的平均場近似 / 変分クラスター近似
研究実績の概要

今年度は、まず、正方格子上に定義された一軌道ハバード模型のハーフフィルドにおける温度誘起金属絶縁体の性質を変分クラスター近似を用いて調べた。その結果、金属絶縁体転移は、相互作用Uが小さい場合はスレータ型、相互作用が大きい場合はモット型であることがわかった。これは、例えば、ネール温度以下および以上の一粒子励起スペクトルを見るとその区別ができることを指摘した。次に、SrIrO3とSrTiO3からできた超格子構造の電子状態を第一原理バンド計算を用いて調べた。その結果、(SrIrO3)1/(SrTiO3)1超格子構造では、有効角運動量Jeff=1/2の反強磁性絶縁体が実現し、磁気モーメントはxy平面内にねており少しキャンとしていることが分かった。これらの結果は実験結果と非常に良く一致している。さらに、強誘電体物質であるBaTiO3と5d遷移金属酸化物であるBaOsO3あるいはBaIrO3を用いたヘテロ構造界面では、ラシュバ効果が非常に大きくなり、しかもその符号が強誘電体の分極を反転することにより正から負に制御できることを第一原理バンド計算より提案した。また、スピン軌道相互作用が強い三軌道ハバード模型で電子濃度が5であるときの基底状態相図を動的平均場近似を用いて調べた。その結果、クーロン相互作用が大きい場合、スピン軌道相互作用が大きいければ、Jeff=1/2反強磁性絶縁体が基底状態であるが、そこからスピン軌道相互作用を小さくしていくと励起子絶縁体が出現することを明らかにした。これは、低スピン状態でしかも強いクーロン相互作用と弱いスピン軌道相互作用の領域で実現するユニークな基底状態である。最後に、この模型に対して、磁気励起をRPA近似を用いて調べた。その結果、フント結合が有限である場合にだけ磁気異方性が現れることがわかった。

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

当初の予定通りおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

来年度はまず、Sr2IrO4に代表されるスピン軌道相互作用が強い多軌道ハバード模型の磁気励起スペクトル、電荷励起スペクトル、およびRIXSの計算を行い、低エネルギー励起がそのような励起で特徴づけられるか解明する。次ぐに、5d遷移金属酸化物を用いた遷移金属へテロ構造で実現するユニークな電子状態を第一原理バンド計算をもとにに調べる。5d遷移金属のなかでもIrとOsに焦点をあてる。

次年度使用額が生じた理由

第一原理バンド計算を行うポスドクの雇用(半年間)を初年度見送ったため、おおむねその分の予算を今年度も繰り越した。

次年度使用額の使用計画

第一原理バンド計算を行うポスドクの雇用を今年度半年間ではなく一年間に変更する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Giant Switchable Rashba Effect in Oxide Heterostructures2015

    • 著者名/発表者名
      Z. Zhong, L. Si, Q. Zhang, W.-G. Yin, S. Yunoki, and K. Held
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: 2 ページ: 1400445/1-5

    • DOI

      DOI: 10.1002/admi.201400445

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic and Magnetic Structure under Lattice Distortion in SrIrO3/SrTiO3 Superlattice: A First-Principles Study2015

    • 著者名/発表者名
      W. Fan and S. yunoki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012139/1-6

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012139

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-orbit-induced exotic insulators in a three-orbital Hubbard model with (t2g)5 electrons2015

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, T. Shirakawa, and S. Yunoki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 ページ: 125122/1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.91.125122

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of the optical conductivity in a half-filled Hubbard model: Mott-type Insulator vs Slater-type insulator2014

    • 著者名/発表者名
      K. Seki, T. Shirakawa, Y. Sun, and S. Yunoki
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 014026/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.014026

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetism in Sr2IrO4: a weak coupling study2014

    • 著者名/発表者名
      K, Nishiguchi, H. Watanabe, and S. Yunoki
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 015037/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.015037

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 層状ペロブスカイト構造を持つ5d遷移金属イリジウム酸化物における新奇な絶縁体と超伝導2014

    • 著者名/発表者名
      柚木清司
    • 学会等名
      物性研究所計算物質科学センター第4回シンポジウム・物性研スーパーコンピュータ共同利用報告会
    • 発表場所
      千葉、物性研究所
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Superconductivity and metal-insulator transition in 5d iridium oxides2014

    • 著者名/発表者名
      Seiji Yunoki
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM 2104
    • 発表場所
      Haikou, China
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Superconductivity and metal-insulator transition in Sr2IrO42014

    • 著者名/発表者名
      Seiji Yunoki
    • 学会等名
      2014 EMN Summer Meeting
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2014-06-09 – 2014-06-12
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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