半導体中の点欠陥に起因する弾性異常の理論

半导体点缺陷引起的弹性异常理论

基本信息

批准号：
10J07800
负责人：
山田武見
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

シリコン単結晶に対する超音波実験において、1億個に1個ともいわれる極微量な原子空孔に起因する弾性定数の異常なソフト化が報告されている。特に最も基本的な系であるとされるボロンドープシリコンにおいては、ソフト化の異常な磁場依存性が報告され、超音波実験の解析から負の結合定数を持つスピン軌道相互作用が重要視されている。本研究ではこの問題に対し、無限系に1個の空孔状態を記述できるグリーン関数法を用いてその電子状態の記述、及び観測されている弾性定数のソフト化との関係を詳細に調べた。特にこれまでのタイトバインディングモデルとグリーン関数法に基づく方法に、空孔波動関数の拡がりに起因するスピン軌道相互作用の非局所的な効果を考慮することで、負のスピン軌道相互作用が実現し得ることを初めて明らかにした。この結果は異方的に拡がった空孔波動関数に対するスピン軌道相互作用の効果を精度よく考慮することが、原子空孔の低温基底状態を決定する上で本質的に重要であることを示唆するものである。また上記の研究と並行して、重い電子系におけるメタ磁性や近藤半導体の研究、並びに鉄系超伝導体における磁気・軌道揺らぎの研究にも従事した。重い電子系の研究では、強相関電子系に対して有効な理論として知られる動的平均場理論を、実際の物質構造・結晶場の効果を考慮した周期アンダーソンモデルに適用し、電子状態の温度依存性、磁場依存性、相互作用依存性を統一的に調べた。得られた物理量には電子状態の繰り込みなどの強相関効果に加え、磁場誘起重い電子状態などの興味深い物理が反映されており、実際の実験で得られているメタ磁性や近藤半導体の振る舞いを精度良く記述している。鉄系超伝導体に対する研究では、多軌道性と電子フォノン相互作用を動的平均場の範囲で量子的に取り扱うことで、これらの局所揺らぎを利用した超伝導理論が実際の系で発現している可能性について調べた。こうした本研究における手法は、現実的な物質構造の下で量子多体問題を解くことを可能にしており、単原子空孔の量子状態を定量的に記述するための重要な計算手法であるとして期待されるものである。

在对硅单晶的超声实验中，据报道，由于极少量的原子空位，弹性常数异常的软化，据说据说是1亿个。特别是，在被认为是最基本的系统的硼掺杂硅中，已经报道了软化的异常依赖性，并且从超声实验的分析中强调了与负偶联常数的自旋轨道相互作用。在这项研究中，我们详细研究了电子状态的描述与使用绿色函数方法的弹性常数的软化之间的关系，该方法允许在无限系统中描述电子状态。特别是，在基于先前的紧密结合模型和Green的功能方法的方法中，首次揭示了首次揭示了可以通过考虑由空位波形散布引起的自旋轨道相互作用的非本地相互作用的非本地相互作用的非本地效应。该结果表明，准确考虑自旋轨道相互作用对各向异性扩散的空缺波形的影响，对于确定原子空缺的低温基态基本上很重要。与上述研究同时，他还研究了重型电子系统和临近半导体中的元磁主义的研究，以及基于铁的超导体的磁性和轨道波动。在重型电子系统的研究中，将动态平均场理论（称为强相关的电子系统的有效理论）应用于安德森（Anderson）的时期模型，该时期的模型考虑了实际材料结构和晶体场的影响，并统一研究了温度依赖性，磁场依赖性以及电子状态的相互作用。所获得的物理量反映了强大的相关效应，例如电子状态的重新归一化，以及有趣的物理，例如重磁场诱导的电子状态，并准确地描述了在实际实验中获得的元磁性和近代半导体的行为。基于铁的超导体的研究调查了使用这些局部波动的超导性理论通过在动态平均场范围内的多重竞争性和电子声子相互作用来表达的超导性理论。这项研究中的这项方法允许在逼真的材料结构下解决量子多体问题，预计将是定量描述Uni-Aluminum空置量子状态的重要计算方法。