遷移金属酸化物における熱電応答の理論的研究

本計画では,強い電子間相互作用を含む系における熱電応答と電子の電荷,スピンそして軌道自由度との関係を調べた.本計画にいたるまでの前段階での研究で,我々は新たな熱電変換材料として有望であることもあり注目される,NaCO_2O_4の電子状態に焦点を当て,その熱電応答におけるスピンや軌道の役割を明らかにしてきた.すなわち,熱起電力に対する高温極限からのアプローチであるHeikesの式の一般化を通して,この物質の巨大な熱起電力に対して調べ,この理論は実験を定量的によく説明した.今回我々は,特にスピン自由度の役割に焦点を当て,強相関電子系の熱起電力を数値的対角化の手法を用いて調べた.取り扱った模型は,二重交換模型と呼ばれるスピンと伝導電子の結合を記述する一般模型と,これの派生したものである.この系の熱起電力は,キャリヤー濃度を固定しているにもかかわらず,その大きさだけでなく符号まで温度に依存する.この温度依存性は,局所的なスピン自由度の縮退と,これを運ぶキャリアーの結びつきとして理解できることがわかった.これまでの研究で,強相関電子系の熱電応答におけるスピンと軌道縮退の役割について,以下のようなことが明らかとなった.電子間相互作用が強い極限でのキャリヤーの運動は,含まれる電子の個数がひとつ違う単位胞間での電子の飛び移りとして表現される.これはまた,見方を変えると,電子の個数がひとつ違う単位胞の並べ替えとして表現できる.このとき電荷は単位電荷分しか移動しないが,縮退の移動分は各単位胞の縮退度の兼ね合いで決まる.この縮退の移動分の大小は,そのまま,熱起電力に反映されるのである.これは,強相関電子系における熱電応答の特徴のひとつである.

本計画では,強い電子間相互作用を含む系における熱電応答と電子の電荷,スピンそして軌道自由度との関係を調べた.本計画にいたるまでの前段階での研究で,我々は新たな熱電変換材料として有望であることもあり注目される,NaCO_2O_4の電子状態に焦点を当て,その熱電応答におけるスピンや軌道の役割を明らかにしてきた.すなわち,熱起電力に対する高温極限からのアプローチであるHeikesの式の一般化を通して,この物質の巨大な熱起電力に対して調べ,この理論は実験を定量的によく説明した.今回我々は,特にスピン自由度の役割に焦点を当て,強相関電子系の熱起電力を数値的対角化の手法を用いて調べた.取り扱った模型は,二重交換模型と呼ばれるスピンと伝導電子の結合を記述する一般模型と,これの派生したものである.この系の熱起電力は,キャリヤー濃度を固定しているにもかかわらず,その大きさだけでなく符号まで温度に依存する.この温度依存性は,局所的なスピン自由度の縮退と,これを運ぶキャリアーの結びつきとして理解できることがわかった.これまでの研究で,強相関電子系の熱電応答におけるスピンと軌道縮退の役割について,以下のようなことが明らかとなった.電子間相互作用が強い極限でのキャリヤーの運動は,含まれる電子の個数がひとつ違う単位胞間での電子の飛び移りとして表現される.これはまた,見方を変えると,電子の個数がひとつ違う単位胞の並べ替えとして表現できる.このとき電荷は単位電荷分しか移動しないが,縮退の移動分は各単位胞の縮退度の兼ね合いで決まる.この縮退の移動分の大小は,そのまま,熱起電力に反映されるのである.これは,強相関電子系における熱電応答の特徴のひとつである.