2022 Fiscal Year Research-status Report
Novel multi-fluctuation theory by a multi-orbital higher-order many-body effect
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17K05543
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大成 誠一郎 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80402535)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | CDW / 強相関電子系 / Ni酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年発見された無限層ニッケル酸化物Nd1-xSrxNiO2において超伝導(x=0.2で超伝導転移温度15K)が出現することが報告された。Nd1-xSrxNiO2の電子状態としてはNiのdx2-y2軌道がフェルミ面を構成するため、銅酸化物に似た構造を持つが、3次元構造を持ちNdのd軌道からなるフェルミ面も現れるため銅酸化物と異なる点も多い。
また、Nd1-xSrxNiO2 (x<0.1)において約3倍周期のCDWが現れることが報告された。このCDWに隣接して超伝導相が現れ、CDWの量子臨界点近傍で超伝導のTCが最大になることから、CDWの量子揺らぎと超伝導発現機構が密接に関係していることが予想される。さらに、CDWの量子臨界点近傍で、非フェルミ流体的輸送現象(電気抵抗がTに比例)が観測されており、銅酸化物における反強磁性量子臨界点や鉄系超伝導体におけるネマティック量子臨界点との関係も興味深い。
そこで、NdNiO2の3倍周期CDWの起源を研究した。3次元タイトバインディングモデルを作成しDensity wave 方程式を解くことで、3次元的な3倍周期のスメクティックボンド秩序がスピン揺らぎ干渉機構により発現することが示された。この結果は実験で観測された3倍周期CDWと整合する。得られた結果は銅酸化物YBCOにおける結果と類似性があることが分かった。また、3次元的な3倍周期のボンド秩序が発現するためには、スピン感受率のピークだけではなく、フラットなフェルミ面間の3次元的なネスティングベクトルが重要であることが分かった。
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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
Density wave 方程式を新たに3次元に拡張することで、無限層Ni酸化物の実験と整合するCDW秩序を導くことに成功した。Density wave 方程式の3次元への拡張には膨大な計算リソースを必要とするため、困難であるが、並列計算アルゴリズムを高度に利用することにより研究を遂行することが出来た。
具体的には、3次元に拡張することで、2次元系では発現しない3次元的なスメクティックボンド秩序が発現することを初めて解析的に示すことに成功した。
その際に、2次元強相関電子系である、銅酸化物高温超伝導体や鉄系超伝導体において、重要であったスピン揺らぎ干渉機構が3次元強相関電子系系である無限層Ni酸化物でも重要であることが確認された。このことにより、強相関電子系の秩序状態を解析するにあたり、スピン揺らぎ間干渉機構が一般的に重要となり得ることが分かった。
これらのことから、本研究課題の進捗状況は着実に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元強相関電子系である無限層Ni酸化物のCDW量子臨界点近傍で観測されている非フェルミ流体的輸送現象（抵抗率が温度に比例、ホール係数が温度に依存し、符号変化する）を解明したいと考えている。そのために、本研究課題で得られた3次元スメクティックボンド秩序の揺らぎを詳細に調べ、その量子臨界点近傍の振る舞いを解析する必要がある。スピン揺らぎや3次元スメクティックボンド揺らぎによる自己エネルギーを計算することで、抵抗率、ホール係数、ゼーベック係数等の輸送係数の温度依存性を解析する予定である。
また、CDW量子臨界点近傍で転移温度が最高になる超伝導状態が観測されている。従って、3次元スメクティックボンド揺らぎが超伝導発現機構に重要であることが予想される。この3次元スメクティックボンド揺らぎを利用して、超伝導状態の決定方程式であるエリアシュベルグ方程式により、超伝導状態および超伝導発現機構を研究する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により、研究成果を国際会議で発表するための海外出張旅費を使用することができなかった。
次年度に一回程度、国際会議に参加し、研究成果を発表するために、海外出張旅費として使用する予定である。
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