Correlation-induced Topological Order and Superconductivity in Organic Nodal Line Semimetal

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今年度は単一成分分子性導体[Ni(dmdt)2]におけるノーダルライン半金属のスピン揺らぎの性質と、有機ディラック電子系α-(ET)2I3およびα-(BETS)2I3におけるギャップ形成機構の解明を目的とする研究を行った。[Ni(dmdt)2]はディラックノーダルライン系の一つであり、ノーダルラインに沿ってホールポケットと電子ポケットを有する。理想的なディラックノーダルライン系のスピン格子緩和率1/T1T は温度の二乗に従うことが予想されるが、この系でNMRにより観測される1/T1Tは30K付近の低温で非自明なピーク構造を持ち、そのメカニズムは解明されていない。本研究では、第１原理計算に基づいてフラグメント分子軌道を基底とする拡張ハバード模型を構築し、これに乱雑位相近似を適用してスピン感受率を計算し、この物質で分子内反強磁性揺らぎ発達することを提案した。α-(ET)2I3では、空間反転対称性の破れを伴うストライプ電荷秩序がディラック点にギャップを形成することが知られている。一方、関連化合物α-(BETS)2I3でも低温でギャップが形成されるが、そのメカニズムはα-(ET)2I3とは明らかに異なることが様々な実験結果により示されている。本研究ではこの違いの原因を解明するため、第１原理計算に基づき非経験的に低エネルギー有効ハミルトニアンを導出し、多変数変分モンテカルロ法(mVMC)を用いて電子状態を調べた。この計算によりα-(ET)2I3ではストライプ電荷秩序が現れ、先行研究と一致した。一方α-(BETS)2I3 では、分子間の磁気相互作用のフラストレーションによりスピン相関の有効的な次元が減少し、一次元的なスピン相関が発現することが分かった。さらにこのスピン相関によって明示的な対称性の破れを伴わないギャップが形成されることが分かった。