Quantum Monte Carlo study of Mott transition and magnetic properties in Dirac electrons

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 26400413
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Otsuka Yuichi 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (30390652)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 物性理論 / 強相関電子系 / 量子相転移 / 臨界現象 / 量子モンテカルロ法 / ディラック電子

Outline of Final Research Achievements

We have investigated quantum criticalities in Dirac electrons by large-scale quantum Monte Carlo simulations. First, the universal character of the antiferromagnetic phase transitions is revealed on the basis of two different lattice models, the Hubbard model on a honeycomb lattice and on a square lattice with magnetic flux, which corresponds to the chiral-Heisenberg class in terms of the Gross-Nevue model. We have also studied the superconducting phase transition in the attractive Hubbard model on a triangular lattice with alternating magnetic flux and obtained the critical exponents corresponding to the chiral-XY universality class in the Gross-Neveu model.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グラフェンなどで見られる質量ゼロの2次元ディラック電子系において、電子間の相互作用が引き起こす金属から絶縁体への相転移が普遍的な性質をもつことを明らかにした。ディラック電子系を構成する2つの異なる模型に対し、量子モンテカルロ法によるシミュレーションを「京」コンピュータ上で実行し、2つの模型の臨界指数（相転移点で物理量が示す特徴的な指数）が互いによく一致し、普遍性をもつことを示した。この成果は、物性物理から素粒子物理まで、スケールを超えた臨界現象の理解につながるほか、銅酸化物高温超伝導体の金属-絶縁体転移のメカニズムを解明する手がかりとしても期待される。