Strongly correlated electron physics emerging from doublon degrees of freedom in fullerides

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アルカリ金属をドープしたフラーレン結晶は軌道自由度を持つ強相関電子系の典型例であり、分子軌道と分子振動の結合によって多彩な現象を生み出している。本研究はフラーレン系のような分子性導体において、分子軌道自由度を持つ強相関電子系の特徴的物性を明らかにすることを目的とする。フラーレン化合物群では化学置換によって遍歴状態である金属だけでなく局在状態であるモット絶縁体も実現する。この領域においてこれまでに構築した理論をさらに拡張し、任意のモット絶縁体に対する理論手法を構築した。そのデモンストレーションとして、パイロクロア酸化物という複雑な構造をもつ物質に対して適用した。最も基本的な解析手法である平均場近似に加え、空間相関も取り入れることのできる古典モンテカルロ法の定式化および数値計算実装も行った。これにより、局在電子系において通常考えられるスピン・軌道・多極子に加え、多体電子系特有のダブロン自由度などの記述が、任意のモット絶縁体に対して可能になった。さらに、非平衡状態に対応できるよう実時間の運動方程式の定式化も行った。これまでに弱相関アプローチとしてエリアシュベルク理論をフラーレン系に適用したが、その解析をさらに進め、ボゾンの自由度を陽に取り入れた場合の超伝導体中の動力学を実周波数グリーン関数に基づいて調べた。また、分子レベルの電子と分子振動の結合が生み出す揺らぎ調べることによって、分子性固体における超伝導や軌道秩序の可能性を推測する手段について理論的に検討した。