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2011 年度 実績報告書

強相関電荷のフラストレーションがもたらす新奇誘電体・金属の理論的研究

公募研究

研究領域フラストレーションが創る新しい物性
研究課題/領域番号 22014014
研究機関京都産業大学

研究代表者

堀田 知佐  京都産業大学, 理学部, 准教授 (50372909)

キーワード強相関 / 有機導体 / スピン液体 / 電気磁気効果 / フラストレーション / 誘電応答
研究概要

1.モット絶縁体におけるスピンと電荷のカップリングと誘電性:
低温まで磁気秩序がなく、スピン液体の可能性が示唆されている三角格子系モット絶縁体κ-ET_2Cu_2(CN)_3やEtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_2を念頭に,その低温相で電荷自由度がスピン自由度と結合して非自明な液体相を形成する可能性を複数の角度から理論的に調べた。
三角形ユニットのハバード模型では、オンサイトクーロン斥力Uが∞の強結合極限からの摂動によってスピンと電荷が結合し、誘電性が生じることが既に知られているが、一般にはその値は、非常小さい。今回、サイト間近接斥力相互作用Vを導入すると誘電性が1桁以上のオーダーで劇的に増大することを、摂動論、および三角ユニットを組み合わせた低次元模型に対する数値計算によって示した。実際の物質系ではVがUの1/3程度なので、この機構はフラストレーション由来の誘電性の新しい起源として有力である。
上記物質系は分子のダイマーを単位としたモット絶縁体である。その誘電性の担い手はダイマー内自由度「量子ダイポール」であるという提案を、申請者は前年度に行った。そこで、分子を単位とした拡張ハバード模型と、上記のダイマー単位のハバード模型の間で、低エネルギー有効マッピングを行い、Vが弱い領域でのみ両者がよく対応することを示した。
本課題研究により、三角格子系において、二つの異なった機構から誘電性が生じうること、またそれぞれの機構がどのパラメタ領域で有力となるか、が明らかになった。
2.カゴメ格子上の電子系に対する強結合理論
カゴメ格子上の1/3フィリングの拡張ハバード模型の強結合極限からの摂動による有効模型が3色ダイマー模型になること、またこの有効模型が、幾何学形状に由来する特異なスピン自由度と電荷自由度の強い相関によって、これまでにない基底状態の推移を示すことを明らかにした.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Wilson ratio of a Tomonaga-Luttinger liquid in a spin-1/2 Heisenberg ladder2012

    • 著者名/発表者名
      K.Ninios, Tao Hong, T.Manabe, C.Hotta, S.N.Herringer, M.M.Turnbull, C.P.Landee, Y.Takano, H.B.Chan
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett.

      巻: 108 ページ: 115116(1-4)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.097201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dimensional crossover in the Ising antiferromagnet on the anisotropic triangular lattice at finite temperature2011

    • 著者名/発表者名
      Chisa Hotta, Tetsuhiro Kiyota, Nobuo Furukawa
    • 雑誌名

      Europhys.Lett.

      巻: 93 ページ: 47001(1-5)

    • DOI

      10.1209/0295-5075/93/47001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Designing Dirac points in two-dimensional lattices2011

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Asano, Chisa Hotta
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 84 ページ: 245125(1-14)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.245125

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Boundary effects in the density-matrix renormalization group calculation2011

    • 著者名/発表者名
      Naokazu Shibata, Chisa Hotta
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 84 ページ: 115116(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.115116

    • 査読あり
  • [学会発表] 一次元近藤格子模型における量子相転移とフェルミ面の変化2012

    • 著者名/発表者名
      柴田尚和, 堀田知佐
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-26
  • [学会発表] 強相関二バンドダイマー模型と単一バンド模型の間の有効マッピング2012

    • 著者名/発表者名
      西本理, 堀田知佐
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 1次元量子スピン梯子DIMPYのTomonaga Luttinger液体状態2012

    • 著者名/発表者名
      堀田知佐
    • 学会等名
      量子スピン系研究会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2012-02-17
  • [学会発表] 1/3-fillingのカゴメ格子上の電子系の強結合理論2012

    • 著者名/発表者名
      Frank Pollmann, 堀田知佐, Karlo Penc
    • 学会等名
      「フラストレート系」特定領域、最終成果報告会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2012-01-07
  • [学会発表] フラストレート電子系におけるスピン・電荷結合に起因した誘電性2012

    • 著者名/発表者名
      堀田知佐
    • 学会等名
      「フラストレート系」特定領域、最終成果報告会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2012-01-06
  • [学会発表] Correlation of quantum electric dipoles and spins in Mott insulator2011

    • 著者名/発表者名
      Chisa Hotta
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2011 (NQS2011)
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] 三角格子系における電子誘電性2011

    • 著者名/発表者名
      堀田知佐
    • 学会等名
      研究会「電子自由度による強誘電体最前線」
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-01
  • [学会発表] 異方的三角格子上のフェルミオン系における異常液体の可能性2011

    • 著者名/発表者名
      堀田知佐
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2011-09-22
  • [学会発表] Possible origin of "spin liquid state" in dimer Mott insulator2011

    • 著者名/発表者名
      Chisa Hotta
    • 学会等名
      Strongly Correlated Electronic Systems (SCES2011)
    • 発表場所
      Cambridge, United Kingdom
    • 年月日
      2011-08-30
  • [学会発表] Field induced Tomonaga-Luttinger Liquid state in quantum S=1/2 strong-leg ladder2011

    • 著者名/発表者名
      H.Tao, Y.H.Kim, C.Hotta, Y.Takano, G.Tremelling, M.M.Turnbull, C.P.Landee, H.-J.Kang, N.B.Christensen, K.Lefmann, K.P.Schmidt, G.S.Uhrig(9), C.Broholm
    • 学会等名
      The 19^<th> international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS19)
    • 発表場所
      Tallahassee, USA
    • 年月日
      2011-07-27
  • [学会発表] Designing Dirac points in anisotropic lattices2011

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Asano, Chisa Hotta
    • 学会等名
      The 19^<th> international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS19)
    • 発表場所
      Tallahassee, USA
    • 年月日
      2011-07-27

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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