強相関電子系における電子ネマティックと高温超伝導および擬ギャップの理論研究

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本年度は、鉄系超伝導体FeSeにおけるネマティック転移と、その揺らぎの発達に起因した物理に着目した。非磁性のネマティック転移は、平均場近似レベルの理論では説明できず、本質的に多体相関が重要である。しかし、多体相関を考慮した際の相転移の理論は未整備であった。そこで本研究では、多体相関を考慮した相転移に関する理論的な定式化を行い拡張された相転移理論を構築した。得られた理論をFeSeに適応し、相転移前後のネマティック感受率の振る舞いを説明したほか、実験で観測されているフェルミ面の消失などを非常によく再現することなどを明らかにした。さらに、BaNiS2のネマティック状態の起源を解明した。BaNiS2はバンド分散が線形に交差するディラック電子系である。近年、走査型トンネル顕微鏡(STM)測定よりフェルミ準位近傍で電子状態は結晶と同じ4回回転対称性を保つが、有限のエネルギー領域で２回回転対称性に落ちるという、奇妙な振る舞いが観測された。そこで、第一原理計算に基づいた多軌道ハバード模型に、高次の電子間相関を表すバーテックス補正を考慮し、BaNiS2のネマティック相転移の可能性を議論した。その結果、ディラック分散間でスピン揺らぎが存在し、さらにそのスピン揺らぎが干渉を起こすこと、さらにはボンド秩序に起因したネマティック転移を起こすという機構を明らかにした。このボンド秩序のフォームファクターはディラック分散では対称性からゼロだが、フェルミ準位の上下にあるバンドのエネルギー分散を変更することでエネルギーの利得を稼ぐ。得られたネマティック秩序下でのバンド分散は、STM測定による準粒子干渉の結果と非常によく整合する。