Theory of preformed pair states and nonequilibrium dynamics in materials with strong-coupling excitonic condensation

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本研究の目的は、本申請代表者グループの励起子凝縮に関するこれまでの理論研究を背景に次の３点を明らかにすることである。すなわち、① 熱的純粋量子状態に基づく変分クラスター近似を用いた強結合励起子凝縮機構の解明 ② 時間発展ランチョス法・時間依存密度行列繰込み群法による励起子相の非平衡ダイナミクスの解明 ③第一原理計算とその解析に基づく低エネルギー有効電子模型の導出。これらにより、超伝導と並ぶフェルミオン対凝縮系としての励起子凝縮の物理の学理を深化させる。この目的を達成するため、研究分担者と協力者を3チームに分け、計画の4年間で強結合励起子絶縁体の特異性を明らかにし、有限温度量子多体系における秩序と揺らぎという歴史的大問題にひとつの解答を与え、さらにはフェルミオン対凝縮系の非平衡ダイナミクスという未踏の問題に糸口を見出す。令和４年度は、令和2年度から始まった新型コロナウィルス感染症拡大の影響も徐々に薄れ、半導体関連の電子部品納入の遅れによる数値計算用のワークステーションの購入等で依然として若干の問題があったものの、概ね従来の研究活動を維持できるまでに原状回復がなされたといえる。その結果、今年度は特に、強相関２次元電子模型に密度行列繰り込み群（DMRG）の手法を適用するという点に関し、スパイラル境界条件を利用することで著しい進展があった。励起子絶縁体の代表的候補物質であるTa2NiSe5は、電子物性的に１次元性が強いとはいうものの基本的には２次元電子系であり、その電子状態を解明するには２次元系に適用可能な強力な数値計算手法が必要であるが、それへのひとつの糸口が見つかったといえる。この新しい手法を用いて、スピン量子数の大きな２次元ハイゼンベルグ模型のスタガード磁化や、ハニカム格子上で定義されたキタエフ・ハイゼンベルグ模型の電子相図に関し、新たな知見を得ることができた。