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2015 年度 実施状況報告書

低次元分子性導体の電子状態の制御に関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 25400370
研究機関奈良女子大学

研究代表者

吉岡 英生  奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (40252225)

研究分担者 土射津 昌久  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (70362225)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード分子性固体 / 電荷秩序 / 量子ゆらぎ / くりこみ群 / 強相関電子系 / 酸化物 / 超伝導 / フラーレンポリマー
研究実績の概要

フラーレン分子が一次元的に重合した構造を持つ擬一次元電子系フラーレンポリマーにおける電子相関効果を考察した。この物質は、カーボンナノチューブの表面に周期的な凹凸構造が現れている物質とみなすことができる。第一原理計算によって得られたバンド構造に対して電子間相互作用を取り入れ、その模型をボソン化法で取り扱い、フェルミエネルギー近傍の状態密度のエネルギー依存性や温度依存性を調べた。フラーレンポリマーでは、類似物質であるカーボンナノチューブ同様、いわゆる朝永‐ラティンジャー液体状態が実現し、上記の依存性に相互作用に依存したべき依存性が現れることがわかった。また、そのべきの大きさはカーボンナノチューブに比べ大きくなることがわかった。これらの結論は光電子分光実験によって得られた結果を説明する。
近年の銅酸化物高温超伝導体における実験技術の進展により、電荷密度波(CDW)状態の直接観測に成功し、長年未解明であった擬ギャップ領域の電子状態の解明に向けて大きな注目を集めている。これまでに銅酸化物高温超伝導体のモデルにおけるCDW状態の理論解析が数多く存在するが、いずれも実験で得られたCDW状態を再現できずにいた。本年度では、これまでに開発してきたRG+cRPA法を銅酸化物高温超伝導体の2次元d-pモデルに適用し、様々な電荷感受率の解析を行った。その結果、Aslamazov-Larkin型のバーテックス補正を通してスピン自由度と電荷自由度が強く結合することを明らかにし、スピン揺らぎが強い領域において、実験結果とコンシステントなCDW状態を理論的に再現することに初めて成功した。

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

フラーレン分子が重合してできた新しい擬一次元伝導体フラーレンポリマーに関して、電子相関効果を明らかにするとともに、関連物質との定量的な相違について議論することができた。研究分担者が開発したRG+cRPA法を二次元dp模型に適用することにより、銅酸化物高温超伝導体で観測されているCDW状態を初めて再現することができた。この結果は銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ領域の電子状態の解明における大きな進歩である。

今後の研究の推進方策

これまでの分子性導体の研究は、不純物などのないクリーンな系を対象にして行なわれてきた。しかしながら、近年X線を照射し分子にダメージを与えることによって乱れを導入した場合の実験的研究が行なわれ、「乱れ」と「電子相関」の拮抗が議論されている。この問題に対して汎関数くりこみ群を適用し、様々な波数をもつ電荷およびスピン感受率に対する乱れの効果を解析するとともに、乱れた2次元強相関電子系の相図に関して知見を得る。

次年度使用額が生じた理由

研究分担者は従来の汎関数くりこみ群法を改良した新しい汎関数くりこみ群法(RG+cRPA法)を開発し、その手法を2次元強相関電子系適用して、大きな成功をおさめてきた。この手法を乱れを含む場合に拡張し、X線照射された2次元分子性導体の性質を考察する予定であり、今年度はその定式化までを行なった。次年度にこの定式化を具体的な模型に適用して数値解析を行なう予定である。

次年度使用額の使用計画

上記の述べた課題に取り組むためには、膨大な数の連立微分方程式を精度良く処理できる高性能なワークステーションが必要である。次年度は、今年度の繰越金を使って、研究分担者が計算処理能力が高くメモリーを十分に搭載した高性能ワークステーションを購入する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Universite de Strasbourg(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite de Strasbourg
  • [国際共同研究] Universitat de Barcelona(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      Universitat de Barcelona
  • [雑誌論文] Tomonaga-Luttinger liquid theory for metallic fullurene polymers2016

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshioka, H. Shima, Y. Noda, S. Ono, and K. Ohno
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 93 ページ: 165431

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.165431

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] p-orbital density wave with d symmetry in high-Tc cuprate superconductors predicted by renormalization-group + constrained RPA theory2016

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuchiizu, Y. Yamakawa, and H. Kontani
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 93 ページ: 155148

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.155148

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Discovery of the K4 Structure Formed by a Triangular pi Radical Anion2015

    • 著者名/発表者名
      A. Mizuno, Y. Shuku, R. Suizu, M.M. Matsushita, M. Tsuchiizu, D. Reta Maneru, F. Illas, V. Robert, and K. Awaga
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 137 ページ: 7612-7615

    • DOI

      10.1021/jacs.5b04180

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 汎関数繰り込み群法による多軌道強相関電子系の解析2016

    • 著者名/発表者名
      土射津昌久
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-22
    • 招待講演
  • [学会発表] 汎関数繰り込み群に基づく軌道揺らぎ由来のトリプレット超伝導発現機構2016

    • 著者名/発表者名
      田財里奈, 山川洋一, 土射津昌久, 紺谷浩
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
  • [学会発表] p-Orbital Density Wave with d Symmetry in High-Tc Cuprate Superconductors2016

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuchiizu, Y. Yamakawa, and H. Kontani
    • 学会等名
      APS March Meeting 2016
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center
    • 年月日
      2016-03-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Dirac dispersions in the strongly-isotropic crystal structures: honeycomb, diamond, and K42016

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuchiizu
    • 学会等名
      2016 Kumamoto Symposium on Two Dimensional Nanomaterials
    • 発表場所
      Kumamoto University
    • 年月日
      2016-02-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Discovery of the K4 structure formed by a triangular pi radical anion, NDI-Delta2015

    • 著者名/発表者名
      A. Mizuno, Y. Shuku, R. Suizu, M.M. Matsushita, M. Tsuchiizu, and K. Awaga
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies, PACIFICHEM2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center
    • 年月日
      2015-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D Dirac cones in the K4 crystal2015

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuchiizu
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies, PACIFICHEM2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center
    • 年月日
      2015-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] 中性イオン性転移系のボゾン化による相図と低エネルギー励起の解析2015

    • 著者名/発表者名
      土射津昌久, 吉岡英生, 妹尾仁嗣
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2015-09-18
  • [学会発表] BN上グラフェンへの局所1軸ひずみ導入法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      友利ひかり, 平出璃音可, 大塚洋一, 林正彦, 吉岡英生, 渡辺賢司, 谷口尚, 神田晶申
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2015-09-16
  • [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体における電荷密度波の理論: 汎関数繰り込み群法による解析2015

    • 著者名/発表者名
      土射津昌久, 山川洋一, 紺谷浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋期大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2015-09-16
  • [学会発表] 三角 pi 分子ラジカルアニオンを用いた K4 構造の構築2015

    • 著者名/発表者名
      水野麻人, 珠玖良昭, 水津理恵, 松下未知雄, 土射津昌久, 阿波賀邦夫
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2015-09-16

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公開日: 2017-01-06  

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