強相関トポロジカル物質の新奇物性の解明

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ひねり二層グラフェンやdoped-Bi2Se3では3回回転対称性を破る電子ネマティック相転移が見つかっている。これは従来より盛んに研究が行われてきた銅酸化物系超伝導や鉄系超伝導とは異なる新しいタイプ電子ネマティック相であり、新しいタイプの電子ネマティックと超伝導、さらにはトポロジカルな電子状態が絡み合う興味深い物質である。これらの物質は共にネマティック超伝導体の候補物質でもあり、常伝導相と超伝導相それ自身や両者の密接な関係性が興味深く様々な角度から多くの研究が行われている。電子ネマティックと非従来型超伝導の関係性を明らかにすることは現在の凝縮系物理において重要な課題である。近年のひねり二層グラフェンやdoped-Bi2Se3における3状態ポッツネマティック相転移の研究に触発され、我々は臨界的なネマティック揺らぎが低エネルギーのフォノンに及ぼす影響について調べた。本研究では超音波吸収によって3状態ポッツネマティック揺らぎをどのように検出するかを理論的に提案した。揺らぎのガウス理論によってランダウダンピング項が等方的になること、さらにネマティック-弾性結合が等方的になることを示した。この二つの特徴から横波音響フォノンに対する超音波吸収係数が等方的に発散すること、弾性定数が等方的にソフト化することを明らかにした。これは4回回転対称性を破る場合の電子ネマティック相転移の場合にどちらも強い異方性を持っていたこと対照的である。また、現象論的な解析に加え、ハバード模型による平均場近似の計算を行い、相転移の性質が二時転移に近い一時転移であるいわゆる弱い一時転移であること、不純物効果によってよりその性質が顕著になることなどを確認した。以上より、3状態ポッツネマティック秩序の臨界的な揺らぎは超音波吸収係数の等方的な発散によって観測できることを提案する。