軌道自由度がもたらす銅酸化物高温超伝導体の新展開の理論

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令和4年度は、前年度に引き続き銅酸化物高温超伝導体の諸物性の物質依存性に関する理論研究を行った。単層系の典型例であるLa_{2}CuO_{4}とHgBa_{2}CuO_{4}（以下ではLa系、Hg系と略記）に対して第一原理計算を行い、得られたバンド構造を再現する4バンドd-p模型を構築した。これらの模型に対して変分モンテカルロ法を適用し、様々なパラメータ空間における基底状態の性質を詳細に調べた。前年度は隣接d軌道間のクーロン相互作用V_{dd}によって超伝導を含む秩序状態が顕著に抑制されること、母物質がモット絶縁体からスレーター絶縁体に転移するのに伴って超伝導相関関数がドーム型から単調減少型に転じること、さらに超伝導が消失した過剰ドープ領域においてフント結合に起因する局在磁気モーメントが増大することを見出した。今年度は超伝導・反強磁性と競合する相として以前から研究されているストライプ相に注目し、その形成機構や安定性について詳細に調べた。その結果、La系では相互作用を起源とするs'-wave型と呼ばれるストライプ相が安定化することを示し、ホールドープ量xとスピン構造因子に関する「山田の関係則」も再現することができた。一方Hg系では相互作用が弱く山田の関係則が成り立たないことと、La系とは電荷秩序の位相が異なるd-wave型ストライプ相が安定化することを示し、物質依存性を統一的に理解することができた。また、エネルギー比較とMaxwell Constructionの解析から低ドープ領域が相分離に対して非常に不安定であることを示した。以上の結果は低ドープ領域の複雑な相競合の理解に大きく貢献すると期待される。