３ｄ遷移金属化合物のスピン・電荷励起と非弾性X線散乱の理論

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26287079
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 遠山 貴巳 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (70237056)
• 研究分担者: 曽田 繁利 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (60466414) ; 兼下 英司 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (60548212) ; 筒井 健二 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員(定常) (80291011)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 共鳴非弾性Ｘ線散乱 / 強相関電子系 / 3d遷移金属化合物 / 計算物理学的手法

研究実績の概要

非弾性X線散乱は一般には電荷励起を探る手段だが、中間状態でスピン・軌道相互作用が働くL吸収端共鳴非弾性X線散乱(RIXS)ではスピン励起も観測される。そのため、3d遷移金属化合物のスピンダイナミクスの研究にL吸収端RIXSが活用されている。H29年度は、強相関効果によって超伝導が基底状態となったとき、スピン・電荷励起とL吸収端RIXSへの超伝導ギャップの現れ方の特徴の解明を目指し、一次元拡張ハバード模型におけるスピン・電荷励起スペクトル、L吸収端RIXSスペクトルを厳密対角化法で計算した。電荷密度波状態と超伝導状態での比較を行い、超伝導状態に特徴的な振る舞いがRIXSスペクトルに現れることを見出した。この成果は日本物理学会で2回発表し、論文を執筆中である。また、SPring-8の実験と協力しながら、La系と多層型Bi系銅酸化物高温超伝導体の酸素K吸収端RIXSの比較や、銅L吸収端の電荷励起の特徴の比較をd-p模型やt-t'-J模型の理論結果を基礎に議論した。成果の一部は、日本物理学会で報告するとともに現在論文を執筆中である。さらに、4本足梯子二次元t-t'-J模型の動的スピン・電荷構造因子を「京」コンピュータを用いて計算し、銅酸化物高温超伝導体に対する非弾性中性子散乱実験やRIXS実験との比較を行った。日本物理学会で発表するとともに、現在論文を投稿中である。また、それらの成果は、国内外の会議において招待講演などによって報告した。また、関連する励起ダイナミクスに関する研究の行い、様々な機会で成果を報告した。さらに連携研究者との情報交換、議論を様々な機会を捉えて行った。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29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] Magnetization plateaus in the spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg model on a kagome-strip chain (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, T. Sugimoto, S. Sota, and T. Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 014412 (1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.014412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral weight of resonant inelastic X-ray scattering in doped cuprates: Effect of core-hole lifetime (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Tohyama and K. Tsutsui
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics B 巻: 未定 ページ: 未定
  • DOI: 10.1142/S0217979218400179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Static and dynamic magnetic properties of the spin-1/2 Inequilateral diamond-chain compounds A3Cu3AlO2(SO4)4 (A=K, Rb, Cs) (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, M. Fujihala, H. Koorikawa, T. Sugimoto, S. Sota, S. Mitsuda, and T. Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 184412 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.184412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ground state properties of Na2IrO3 determined from an ab initio Hamiltonian and its extensions containing Kitaev and extended Heisenberg interactions (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Okubo, K. Shinjo, Y. Yamaji, N. Kawashima, S. Sota, T. Tohyama, and M. Imada
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 035205 (1-13)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96. 035205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of momentum-dependent charge excitations in hole-doped cuprates using resonant inelastic x-ray scattering at the oxygen K edge (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii, T. Tohyama, S. Asano, K. Sato, M. Fujita, S. Wakimoto, K. Tustsui, S. Sota, J. Miyawaki, H. Niwa, Y. Harada, J. Pelliciari, Y. Huang, T. Schmitt, Y. Yamamoto, and J. Mizuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 115148 (1-8)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.115148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ground-state phase diagram of the triangular lattice Hubbard model by the density-matrix renormalization group method (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Shirakawa, T. Tohyama, J. Kokalj, S. Sota, and S. Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 205130 (1-11)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.205130
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] hotoinduced absorptions inside the Mott gap in the two-dimensional extended Hubbard model (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Shinjo and T. Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 195141 (1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.195141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible Tomonaga-Luttinger spin liquid state in the spin-1/2 inequilateral diamond-chain compound K3Cu3AlO2(SO4)4 (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Fujihala, H. Koorikawa, S. Mitsuda, K. Morita, T. Tohyama, K. Tomiyasu, A. Koda, H. Okabe, S. Itoh, T. Yokoo, S. Ibuka, M. Tadokoro, M. Itoh, H. Sagayama, R. Kumai, and Y. Murakami
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 16785 (1-6)
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16935-9
  • 査読あり
• [学会発表] t-t'-J模型の磁気励起と電荷ストライプ：動的密度行列繰り込み群法による計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠山貴己、曽田繁利
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 引力型ハバード模型に対する共鳴非弾性X線散乱のクラスター計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 筒井健二, 遠山貴巳
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Incident-energy dependent spectral weight of resonant inelastic X-ray scattering in doped cuprates (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tohyama
  • 学会等名: International Conference on Electron Correlation in Superconductors and Nanostructures (ECSN-2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Incident-energy dependent spectral weight of resonant inelastic X-ray scattering in doped cuprates (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tohyama
  • 学会等名: The 10th International Conference on Inelastic X-ray Scattering (IXS2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酸素K 吸収端共鳴非弾性X 線散乱でみたホールドープ型銅酸化物高温伝導体の電荷ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠山貴己
  • 学会等名: 基研研究会「超伝導研究の最先端：多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー、人工制御」
• [学会発表] 共鳴非弾性X線散乱で見る銅酸化物のスピン・電荷励起 (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠山貴己
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム第５回会合
• [学会発表] Theoretical study of Cu L-edge resonant inelastic x-ray scattering in cuprates (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tsutsui, T. Tohyama
  • 学会等名: International workshop on strong correlations and angle-resolved photoemission spectroscopy(CORPES17)
  • 国際学会
• [学会発表] High-energy spin excitations of two-dimensional t-t'-U Hubbard model (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Hoshina, T. Tohyama
  • 学会等名: Theoretical study of Cu L-edge resonant inelastic x-ray scattering in cuprates
  • 国際学会
• [学会発表] 引力型ハバード模型に対するRIXSスペクトル (2017)
  • 著者名/発表者名: 筒井健二, 遠山貴巳
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会