強相関系の励起子ボーズ凝縮と超伝導に関する微視理論の展開

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26400349
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 太田 幸則 千葉大学, 大学院理学研究科, 教授 (70168954)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 物性理論 / 強相関系 / 励起子凝縮 / 磁気多極子 / 変分クラスター近似 / 遷移金属カルコゲナイド / コバルト酸化物

研究実績の概要

電子・ホールペア（励起子）の凝縮が熱平衡状態で実現する励起子絶縁体と呼ばれる状態が、新物質の発見に伴い、新たな注目を集めている。この状態は、バンドギャップの小さな半導体やバンドの重なりが小さな半金属という少数キャリア系において、十分に遮蔽されないクーロン相互作用が励起子の形成を促し、それが低温においてマクロな位相のコヒーレンスを保ち凝縮した状態である。
本年度は、スピン１重項励起子系の候補物質Ta2NiSe5における軌道磁化率の温度依存性を計算し、実験で観測される転移温度以下での反磁性の増進を説明した。また、この系におけるミクロな量子干渉効果による超音波吸収係数とNMR緩和率の温度依存性について、前年度の成果に詳細な議論を追加した。さらに、スピン３重項励起子系の候補物質であるぺロブスカイト型コバルト酸化物について、コバルトの3d軌道を表現する５軌道ハバード模型を用いて励起子凝縮に関する定量的な議論を行った。特に、その磁気多極子秩序構造を求め、低エネルギー集団励起の構造を明らかにした。
今年度は計画の３年間の最終年度であり、３年間で得た相関電子系の励起子凝縮に関する知見を含めたレビューを、「固体物理」誌に出版した。また、日本物理学会においてシンポジウム講演を行うなど、研究成果の広報に勤めた。
また関連する成果として、フラストレート量子系の金属絶縁体転移と磁性に関する研究、３成分フェルミオン系のモット転移とスタッガード秩序に関する研究、量子スピン系のハルデン相におけるエンタングルメント物性に関する研究、およびSr2CrO4のスピンと軌道の秩序化に関する研究を展開した。
以上の研究は、平成２９年度から３年間の計画で採択された新たな科研費基盤研究(C)に繋がるものとなった。

研究成果

• [国際共同研究] IFWドレスデン研究所/ドレスデン工科大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: IFWドレスデン研究所/ドレスデン工科大学
• [雑誌論文] Mott transition and magnetism of the triangular-lattice Hubbard model with next-nearest-neighbor hopping (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Misumi, T. Kaneko, Y. Ohta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 075124/1-7
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.075124
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reversed Crystal-Field Splitting and Spin-Orbital Ordering in alpha-Sr2CrO4 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, T. Toriyama, T. Konishi, H. Sakurai, Y. Ohta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 033701/1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.86.033701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low-Energy Excitation Spectra in the Excitonic Phase of Cobalt Oxides (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi, K. Sugimoto, Y. Ohta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 043701/1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.86.043701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherence Factors and Quantum Interferences in Excitonic Condensation of Ta2NiSe5 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sugimoto, T. Kaneko, Y. Ohta
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 807 ページ: 112001/1-7
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/807/11/112001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 相関電子系における励起子凝縮の物理の新展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田幸則，金子竜也，杉本高大
  • 雑誌名: 固体物理（アグネ技術センター） 巻: 52 ページ: 119-137
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase Diagram of the Frustrated Square-lattice Hubbard Model: Variational Cluster Approach (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Misumi, T. Kaneko, Y. Ohta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 064711/1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.064711
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mott Transition and Staggered Orders in the Three-component Fermionic System: Variational Cluster Approximation (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hasunuma, T. Kaneko, S. Miyakoshi, Y. Ohta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 074704/1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.074704
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orbital Diamagnetic Susceptibility in Excitonic Condensation Phase (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sugimoto, Y. Ohta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 085111/1-6
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.085111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric and magnetic multipoles and bond orders in excitonic insulators (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko, Y. Ohta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 125127/1-15
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.125127
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Entanglement properties of the Haldane phases: A finite system-size approach (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Miyakoshi, S. Nishimoto, Y. Ohta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 235155/1-12
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.235155
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] TiSe2のCDW転移における電子相関の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金子竜也, 太田幸則, 柚木清司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] バンド縮退を持つ電子正孔系の新しい金属絶縁体転移 - 励起子凝縮系としてのTa2NiSe5 の新展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] Pr0.5Ca0.5CoO3の励起子相における低エネルギー磁気励起スペクトル (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口伴紀, 杉本高大, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] GW近似による励起子絶縁体Ta2NiSe5の電子状態計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大, 西本理, 金子竜也, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 三角格子系の励起子相とk空間スピンテクスチャー (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田尚央, 宮腰祥平, 金子竜也, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 反周期境界条件におけるエンタングルメントスペクトラム (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮腰祥平, 西本理, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] Sr2MO4 (M=V, Cr)の分光研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津田俊輔, 櫻井裕也, 菊川直樹, 宇治進也, 山岡人志, 沢田正博, 佐藤仁, Awabaikeli Rousuli, 有田将司, 島田賢也, 鳥山達矢, 石川貴史, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 層状ぺロブスカイト型遷移金属酸化物の新展開: Sr2CrO4の理論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田幸則
  • 学会等名: 物性研研究会
  • 発表場所: 東京大学物性研究所(千葉県・柏市)
  • 年月日: 2017-02-14 – 2017-02-14
• [学会発表] Ta2NiSe5における光学伝導度と磁化率 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大, 金子竜也, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] CDIA による励起子相の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 濱田晃輔, 金子竜也, 宮腰祥平, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 多軌道Hubbard模型の励起子相における低エネルギー励起スペクトル (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口伴紀, 杉本高大, 宮腰祥平, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 励起子相におけるクロスホッピングの効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西田尚央, 金子竜也, 宮腰祥平, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] d-p模型を用いた1T-TiSe2の理論的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金子竜也, 杉本高大, 太田幸則, 柚木清司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 一般の整数スピン鎖における対称性によって保護された自明相の数値的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮腰祥平, 西本理, 太田幸則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Excitonic phases in correlated electron systems and Ta2NiSe5 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohta, T. Kaneko, K. Sugimoto, K. Hamada, H. Nishida
  • 学会等名: SCES (International Conference on Strongly Correlated Electron Systems)
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] Coherence Factors and Quantum Interferences in Excitonic Condensation of Ta2NiSe5 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sugimoto, T. Kaneko, Y. Ohta
  • 学会等名: SCES (International Conference on Strongly Correlated Electron Systems)
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of single ion anisotropy and bond alternation in the S=2 Heisenberg model (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Miyakoshi, S. Nishimoto, Y. Ohta
  • 学会等名: SCES (International Conference on Strongly Correlated Electron Systems)
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-13
  • 国際学会
• [備考] 千葉大学 強相関電子系理論研究室（太田研究室）ホームページ
  • URL: http://physics.s.chiba-u.ac.jp/ohtal/