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2015 Fiscal Year Annual Research Report

少数電子・ホール系物質の励起子凝縮状態と超伝導に関する微視理論の展開

Research Project

Project/Area Number 13J02070
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

金子 竜也  千葉大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords励起子絶縁体 / 強相関電子系 / 遷移金属カルコゲナイド / 変分クラスター近似 / 自己エネルギー汎関数理論
Outline of Annual Research Achievements

本研究は励起子絶縁体状態(励起子相)の理論を構築することを目的にしている。今年度は励起子相に対する電子-格子相互作用の効果、及び励起子絶縁体状態における電荷・スピン密度の分布を調べた。また、物質に則して、候補物質であるTa2NiSe5における量子干渉効果や超伝導を発現する高圧下における電子構造なども調べた。詳細は以下の1-4に示す。
1.励起子相に対する電子-格子相互作用の効果を変分クラスター近似等を用いて調べた。その結果、電子-格子相互作用が働くと、バンド間クーロン相互作用と協力し合いスピン一重項励起子相を安定化させるが、秩序変数の位相が固定してしまい、固体中の基底状態としては励起子凝縮による超流動性などは難くなることを示唆した。
2.励起子相のより現実的な実空間的描像を明示すために、局所的な原子軌道を考慮した強束縛近似に基づく電荷・スピン密度分布を評価した。その結果、原子軌道の形状や空間的な配置によって多極子的な秩序やボンド秩序が実現することを示唆した。
3.励起子絶縁体の候補物質であるTa2NiSe5の実験結果を理論的に説明するために、有効模型である三本鎖Hubbard模型において様々な物理量の温度依存性を評価した。具体的には励起子秩序状態における超音波吸収率、核磁気共鳴緩和率、比熱や弾性定数の温度依存性を計算し、それらのほとんどが定性的には実験と整合した結果となることを示した。
4.超伝導を示すTa2NiSe5の高圧下の結晶構造に対し密度汎関数理論に基づく電子構造計算を実施した。その結果、物性に有効な電子構造は常圧と変わらない擬一次元構造が重要であり、構造相転移後の低温秩序相においても励起子相が実現できることを示した。これら結果は励起子相の消失が超伝導発現に寄与している可能性を示唆している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (14 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Ernst Moritz Arndt University Greifswald(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Ernst Moritz Arndt University Greifswald
  • [Journal Article] Microscopic quantum interference in excitonic condensation of Ta2NiSe52016

    • Author(s)
      K. Sugimoto, T. Kaneko, Y. Ohta
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 041105(R)/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.041105

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Competition between excitonic charge and spin density waves: Influence of electron-phonon and Hund’s rule couplings2015

    • Author(s)
      T. Kaneko, B. Zenker, H. Fehske, Y. Ohta
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 92 Pages: 115106/1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.92.115106

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 励起子絶縁体の電荷・スピン密度分布2016

    • Author(s)
      金子竜也、西田尚央、濱田晃輔、太田幸則
    • Organizer
      日本物理学会2016年年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス (宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-21
  • [Presentation] 多バンドHubbard模型における励起子相の理論的研究2015

    • Author(s)
      金子竜也、Bernd Zenker、Holger Fehske、太田幸則
    • Organizer
      低次元電子系におけるエキシトニック相の新展開
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所 (千葉県柏市)
    • Year and Date
      2015-11-26 – 2015-11-28
  • [Presentation] 励起子相に対する電子-格子相互作用の寄与2015

    • Author(s)
      金子竜也、Bernd Zenker、Holger Fehske、太田幸則
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス (大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-19
  • [Presentation] 電荷移動型モット絶縁体における励起子相の可能性2015

    • Author(s)
      濱田晃輔、金子竜也、太田幸則
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス (大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-19
  • [Presentation] フラストレートしたハニカム格子ハバード模型における金属絶縁体転移2015

    • Author(s)
      西田尚央、三角一真、金子竜也、太田幸則
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス (大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-19
  • [Presentation] 励起子絶縁体Ta2NiSe5におけるコヒーレンスピーク2015

    • Author(s)
      杉本高大、金子竜也、太田幸則
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス (大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-17
  • [Presentation] 三角格子ハバード模型の金属絶縁体転移: 次近接ホッピングの効果2015

    • Author(s)
      三角一真、金子竜也、太田幸則
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス (大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
  • [Presentation] Excitonic phases in the two-band Hubbard model with electron-phonon coupling2015

    • Author(s)
      T. Kaneko, Y. Ohta
    • Organizer
      International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Barcelona (Spain)
    • Year and Date
      2015-07-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum disordered phase in the frustrated honeycomb Hubbard model2015

    • Author(s)
      H. Nishida, K. Misumi, T. Kaneko, Y. Ohta
    • Organizer
      International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Barcelona (Spain)
    • Year and Date
      2015-07-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum disordered phase in the triangular-lattice Hubbard model with next-nearest-neighbor hopping2015

    • Author(s)
      K. Misumi, T. Kaneko, Y. Ohta
    • Organizer
      International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Barcelona (Spain)
    • Year and Date
      2015-07-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Excitonic condensation and superconductivity in Ta2NiSe52015

    • Author(s)
      Y. Ohta, T. Kaneko, K. Seki, T. Toriyama, T. Konishi
    • Organizer
      International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Barcelona (Spain)
    • Year and Date
      2015-07-06
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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