2017 Fiscal Year Research-status Report
Theory of FFLO state in the excitonic phase and novel superconductivity
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17K05539
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
大野 義章 新潟大学, 自然科学系, 教授 (40221832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 和博 三重大学, 工学研究科, 教授 (40201537)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 励起子相 / FFLO状態 / 励起子揺らぎ / 超伝導 / 多バンドハバード模型 / 乱雑位相近似 / エリアシュベルグ方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
励起子秩序を示す候補物質として最近注目を集めているTa2NiSe5は、328Kで構造相転移を示すとともに、低温相で価電子バンドの平坦化が観測され、理論実験の両面から近年精力的に研究されている。特に、圧力印加に伴い、常圧の半導体から次第に半金属的となり、励起子秩序が消失する８GPa付近で超伝導が発現することから、励起子揺らぎと超伝導の係わりに注目が集まっている。これまでの研究では、Ta2NiSe を記述する１次元3鎖ハバード模型に対してTa-Ni 間のクーロン相互作用V を平均場近似の範囲で考慮し、圧力下の半金属状態において伝導バンド（2重）と価電子バンド（1重）の縮重度の違いにより必然的に生じる電子と正孔のインバランスにより、励起子が電子―正孔フェルミ面間のネスティングベクトルに対応する有限の重心運動量Qを持つFFLO励起子状態が安定化されることが示されていた。
本研究では、現実的な鎖間トランスファーを考慮することにより模型を２次元に拡張した擬１次元３鎖ハバード模型を導入し、半金属状態において実現するFFLO励起子状態が、従来の１次元模型でも得られていた比較的低圧領域でのq=(qx,0)のFFLO1状態に加えて、高圧下でのq=(qx,π)のFFLO2状態、さらに、低圧、低温領域におけるq=(0,π)のFFLO3状態の３状態となることを示した。
さらに、この擬１次元３鎖ハバード模型に対して励起子揺らぎの効果をRPA の範囲で調べ、励起子揺らぎを媒介とする超伝導が、FFLO1励起子相の近傍ではクーパー対がQ=(Qx,π)の重心運動量をもつFFLO超伝導、FFLO2励起子相の近傍ではQ=(Qx,0)の重心運動量をもつFFLO超伝導が実現することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来の研究に用いてきた１次元３鎖模型を拡張し、鎖間トランスファーの効果を考慮した現実的な擬１次元３鎖模型を導入した。その結果、従来の１次元３鎖模型では得られなかった新しいFFLO励起子相が見つかった。また、FFLO励起子相の近傍で増大するFFLO励起子揺らぎを媒介として、FFLO超伝導が実現することが示された。これらの研究の実施において、従来の研究に用いてきた数値計算手法の改善も行った。また、得られたFFLO状態は、励起子や超伝導機構として興味深いだけでなく、今後の実験の指針としても重要であると考えられる。これらの成果は、日本物理学会で４件の発表を行い、擬１次元３鎖模型のFFLO励起子相については既に論文が出版され、FFLO超伝導に関しても近日中に論文を投稿する予定である。以上から、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ta2NiSe5の常圧及び低圧の半導体領域においては、低密度キャリアに起因する励起子対のpreformed-pair やBCS-BEC クロスオーバーの可能性が議論されている。こうした励起子対の強結合状態と、半金属側の計算で示された非等価な伝導-価電子バンド数に起因するFFLO 揺らぎとの関係を明らかにするために、平均場近似を超えて強結合効果を正確に扱える動的平均場理論(DMFT) を擬１次元３鎖模型に適用し、励起子揺らぎの発達による強結合状態について調べる。Ta-Ni 間相互作用V に加えてオンサイトクーロン相互作用U を考慮することにより、比較的現実に近いU > V の領域において、局所励起子揺らぎが著しく発達し、伝導電子と価電子の繰り込み因子の大小関係が入れ替わる特異な電子状態が実現することが期待される。
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