Theoretical study on doping-induced electronic states originating from spin-charge separation of strongly correlated insulators

重い電子系の絶縁体である近藤絶縁体に注目し、異なる軌道の混成を含むモデルである一次元近藤格子モデルと周期アンダーソンモデルの電子状態について、動的密度行列繰り込み群法の数値計算と摂動理論による研究を行った。その結果、モット転移の場合と同様に、ドーピングによって絶縁体相のスピン励起に起因した電子状態が出現することを示すことに成功し、その特徴を明らかにすることができた。この性質は、近藤絶縁体におけるスピンと電荷の分離、つまり、電荷励起ギャップよりも小さなエネルギー領域に磁気励起状態が存在することに由来しており、通常のバンド描像では説明することができない強相関効果である。また、周期アンダーソンモデルでは、フェルミエネルギーから離れたエネルギー領域においても、ドーピングによって電子状態が出現することを理論・数値計算によって明らかにすることができた。このことは、これまでドーピングは低エネルギー領域の物性に影響すると考えられてきたが、フェルミエネルギーから離れたエネルギー領域の性質にも影響を及ぼすことを示している。これまで重い電子系や近藤格子系において、有効質量が異常に増大することは主に電子相関の効果と考えられてきたが、今回の理論・数値計算によって、電子相関の効果よりもむしろ異なる軌道の混成効果の方が、有効質量の増大に強く係わっていることが明らかになった。一方で、上述した、近藤絶縁体の磁気励起状態がドーピングによって電子状態として出現する性質は、これまでの重い電子系や近藤格子系の研究では考えられていなかった顕著な電子相関の効果である。この研究成果は、論文[M. Kohno, Phys. Rev. B 105, 155134 (2022)]として発表した。

重い電子系の絶縁体である近藤絶縁体に注目し、異なる軌道の混成を含むモデルである一次元近藤格子モデルと周期アンダーソンモデルの電子状態について、動的密度行列繰り込み群法の数値計算と摂動理論による研究を行った。その結果、モット転移の場合と同様に、ドーピングによって絶縁体相のスピン励起に起因した電子状態が出現することを示すことに成功し、その特徴を明らかにすることができた。この性質は、近藤絶縁体におけるスピンと電荷の分離、つまり、電荷励起ギャップよりも小さなエネルギー領域に磁気励起状態が存在することに由来しており、通常のバンド描像では説明することができない強相関効果である。また、周期アンダーソンモデルでは、フェルミエネルギーから離れたエネルギー領域においても、ドーピングによって電子状態が出現することを理論・数値計算によって明らかにすることができた。このことは、これまでドーピングは低エネルギー領域の物性に影響すると考えられてきたが、フェルミエネルギーから離れたエネルギー領域の性質にも影響を及ぼすことを示している。これまで重い電子系や近藤格子系において、有効質量が異常に増大することは主に電子相関の効果と考えられてきたが、今回の理論・数値計算によって、電子相関の効果よりもむしろ異なる軌道の混成効果の方が、有効質量の増大に強く係わっていることが明らかになった。一方で、上述した、近藤絶縁体の磁気励起状態がドーピングによって電子状態として出現する性質は、これまでの重い電子系や近藤格子系の研究では考えられていなかった顕著な電子相関の効果である。この研究成果は、論文[M. Kohno, Phys. Rev. B 105, 155134 (2022)]として発表した。