非クラマース状態を持つｄ電子系における相関効果と電荷ダイナミクス

非克莱默态 d 电子系统中的相关效应和电荷动力学

• 批准号: 13J07363
• 负责人: 那須 譲治
• 金额: $ 1.68万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07363/
• 关键词: スピン軌道相互作用; イリジウム酸化物; 強相関電子系; 軌道自由度; 量子スピン液体

近年, 5d電子系をはじめとしたスピン軌道相互作用の強いモット絶縁体の研究が精力的に行われている。ここでは, スピン軌道相互作用と電子間相互作用の競合, 協力によって生じる新しい量子状態の探索とその物性の理解が主な課題とされている。本研究課題では特にスピン軌道相互作用の強い5d電子系の磁気状態に注目して研究を行ってきた。5d電子系においては, スピン軌道相互作用により軌道自由度とスピン自由度が強く結合する。これにより磁気的相互作用は, 5d軌道の空間的な異方性を反映して, 結合方向に依存した異方的なものとなる。特に, 5d軌道に電子が5つ占有する場合には, Kitaev相互作用と呼ばれる結合方向に依存した特殊な相互作用が現れる可能性が指摘されている。このKitaev模型は, 近年, 固体物理や量子情報などを含む幅広い分野で注目を集めている。本研究では, このKitaev相互作用によって生じる新規な磁気状態の探索とその起源を明らかにすることを目的に以下の2つの課題に取り組んだ。(1)Kitaev模型における特異な有限温度相転移 : 本研究ではKitaev模型を3次元に拡張した模型の相転移の性質を調べた。その結果, 高温の常磁性相から低温の量子スピン液体相への有限温度相転移が生じることが明らかになった。また, 帯磁率は転移点近傍では異常を示さず連続的に振る舞う一方, 帯磁率の温度微分が転移点で発散的に増大することが明らかになった。この相転移は2次転移であるが, 対称性の破れを示さない。(2)スピネル型イリジウム化合物CuIr_2S_4における特異な磁気状態 : CuIr_2S_4で実現する八量体内の磁気状態を明らかにするために, スピン軌道相互作用を取り入れたIrイオン間の有効相互作用を摂動展開により導出し, その磁性を詳しく調べた。有効模型はKitaev模型に追加項が加わった形となる。この模型を解析することで, スピン軌道相互作用の導入に伴い, 弱い常磁性的な振る舞いが現れることが分かった。この結果は, 近年CuIr_2S_4において観測されている低温での弱い常磁性的な振る舞いとコンシステントである。

近年来，对具有强旋转相互作用（例如5D电子系统）的Mott绝缘子的研究已被积极进行。在这里，主要问题是探索因旋转轨道相互作用与电子电子相互作用与合作之间竞争而产生的新量子状态，并了解其物理特性。该研究主题集中在具有强旋转轨道相互作用的5D电子系统的磁态上。在5D电子系统中，自旋轨道相互作用强烈融入轨道自由和自旋环自由。这使磁相互作用各向异性取决于耦合方向，反映了5D轨道的空间各向异性。特别是，已经指出，如果在5D轨道中占据了五个电子，则可能会发生一种称为Kitaev相互作用的特殊相互作用，取决于结合方向。近年来，这种Kitaev模型在包括固态物理和量子信息在内的广泛领域引起了人们的关注。在这项研究中，我们解决了以下两个挑战，目的是探索由于这种相互作用而引起的新型磁性状态并阐明了它们的起源。 （1）Kitaev模型中的奇异有限温度相变：在这项研究中，我们研究了Kitaev模型的相变的特性扩展到三个维度。结果表明，有限的温度相变是从高温顺磁性相到低温量子自旋液相的。还揭示了磁敏感性在过渡点附近连续行为而没有表现出任何异常，而磁敏感性的温度差异在过渡点发散。该相变是二阶转变，但并未显示对称性破坏。 （2）尖晶石型虹膜化合物CUIR_2S_4中的奇异磁态：为了阐明Cuir_2S_4实现的八点剂中的磁态，详细检查了均通过扰动膨胀及其磁性的IR型IR离子之间的有效相互作用。有效模型是Kitaev模型的一种形式，并添加了其他项。通过分析该模型，发现弱的顺磁性行为会引入自旋轨道相互作用。该结果表明，近年来在CuIR_2S_4中观察到的低温下的顺磁行为和一致性。

项目成果

Vibronic excitation dynamics in orbitally degenerate correlated electron system

轨道简并相关电子系统中的振动激发动力学

• DOI: 10.1103/physrevb.88.205110
• 发表时间: 2013
• 期刊: Phys. Rev. B
• 作者: T. Tsuiki;D. Takahashi;S. Murakawa;K. Kono;and K. Shirahama;氷見山幸夫;Haruka Yanagisawa;J. Nasu and S. Ishihara
• 通讯作者: J. Nasu and S. Ishihara

Finite temperature phase transition to a quantum spin liquid in a 3D Kitaev model

3D Kitaev 模型中量子自旋液体的有限温度相变

• 发表时间: 2014
• 作者: J. Nasu;T. Kaji;K. Matsuura;M. Udagawa;and Y. Motome;J. Nasu and S. Ishihara;J. Nasu and S. Ishihara;Joji Nasu;Joji Nasu
• 通讯作者: Joji Nasu

Finite-temperature phase transition to a quantum spin liquid in a three-dimensional Kitaev model on a hyperhoneycomb lattice

• DOI: 10.1103/physrevb.89.115125
• 发表时间: 2013-09
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: J. Nasu;T. Kaji;K. Matsuura;M. Udagawa;Y. Motome

3次元Kitaev模型の有限温度相転移とその磁気状態

3D Kitaev模型的有限温度相变及其磁态

• 发表时间: 2013
• 作者: J. Nasu;T. Kaji;K. Matsuura;M. Udagawa;and Y. Motome;J. Nasu and S. Ishihara;J. Nasu and S. Ishihara;Joji Nasu;Joji Nasu;那須 譲治;那須 譲治
• 通讯作者: 那須 譲治

Dynamical Jahn-Teller Effect in a Spin-Orbital Coupled System

自旋轨道耦合系统中的动态 Jahn-Teller 效应

• 发表时间: 2014
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: J. Nasu;T. Kaji;K. Matsuura;M. Udagawa;and Y. Motome
• 通讯作者: and Y. Motome