格子自由度と結合した2次元強相関ディラック電子系における絶縁相の探索

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グラフェンにギャップを導入することは工学的に大きな波及効果を持つと期待されている。グラフェンの基礎模型となる2次元ディラック電子系では、理論的には電子間相互作用によってモット絶縁体への転移が起こる。そのため、グラフェンを引き伸ばすことで実効的に相互作用を制御し、絶縁体化を目指す実験的な試みが精力的に行われている。最近、この実験に対応した第一原理量子モンテカルロ計算が行われ、モット絶縁相の隣に、構造相転移を伴うパイエルス絶縁相が存在すると指摘された。本研究ではこの第一原理計算とは相補的なアプローチとして、モデル計算の手法である補助場量子モンテカルロ法を用い、現実物質よりもかなり簡単化された格子模型ではあるが、電子間相互作用に関しては温度および量子ゆらぎを近似を入れることなく取り込んだ計算を行った。電子格子相互作用に関するパラメータをいくつか選び、ハバード型電子間相互作用と温度を変数とした有限温度相図を作成し、先行研究と同様なKekule型の格子歪みを持つパイエルスの絶縁相が現れることを確認した。特に、この絶縁相は、電子格子相互作用がない場合の半金属とモット絶縁相間の臨界点近傍で低温に張り出しており、もしグラフェンに対する伸長の効果がパラメータ的にこの領域をよぎる場合、半金属から構造相転移を伴う絶縁相に転移することが期待される。これは先行研究と矛盾しない結果と言える。さらに相図全体の形は、主として物性基礎論的な興味から調べられた人工的な模型の結果[Physical Review Letters, 119, 197203 (2017)]と非常によく似ており、本研究の結果はグラフェンに留まらず、より一般的なDirac電子系の性質を反映しているものと考えられる。