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Ca_(2-x)Sr_xRuO_4における量子臨界性と軌道依存する準粒子のくりこみ

荒川直也 氏
Naoya Arakawa
東京大学大学院 理学系研究科

2013年4月12日 14時00分 理学館614

 Ru 酸化物は豊富な電子状態を有しており、その起源の解明は凝縮系物理学の重要課題のひとつである。電子状態の例として、スピン三重項超伝導、重い電子、モット絶縁体、遍歴強磁性、電子ネマティック、などが挙げられる。

 この豊富な電子状態の起源を解明するには、Ru の t2g 軌道に由来する軌道自由度と RuO6八面体ひずみ(つまり、rotation、tilting、flattening)[1]の役割を明らかにする必要がある。実際、Ca2-xSrxRuO4では、Sr2RuO4から Ca 濃度を増加していくと、x<1.5 で rotation、x<0.5 で tilting、x<0.2 で flattening が誘発される[1,2]。それに伴い、スピン三重項超伝導(x=2)から重い電子(x~0.5)、重い電子から磁場下でメタ磁性転移を示す常磁性金属(x~0.2)、そしてモット絶縁体(x<0.2)へと移り変わる。しかし、多自由度性による計算コストのため、これらの多様な電子状態の起源は明らかにされていなかった。

 そこで、これらの多様な電子状態の起源の解明および新しい概念の創出を目指し、八面体ひずみの主要な効果を考慮した有効 t2g軌道モデルを構築し、いくつかの手法を用いて Ca2-xSrxRuO4や関連物質の電子状態を詳細に解析した[3,4]。ただし、八面体ひずみの主要な効果が、Ru の 4d 軌道と O の 2p 軌道との波動関数の重なり積分の変化であると仮定した。

 本講演では、x=0.5 近傍の重い電子的な挙動を明らかにするために行った、ゆらぎ交換(FLEX)近似[5]による解析結果について話す。特に、磁気的な性質と準粒子のくりこみに対する rotation や dxy軌道のファンホーブ特異点の影響に加え、フント結合の影響について他の理論計算[6]との比較を交えながら議論する。

参考文献:
[1] O. Friedt et al., Phys. Rev. B, 63, 174432 (2001)
[2] S. Nakatsuji et al., Phys. Rev. Lett., 90, 137202 (2003)
[3] rotation に関しては、例えば、N. Arakawa and M. Ogata, Phys. Rev. B, 86, 125126 (2012); arXiv:1211.1155
[4] tilting に関しては、荒川直也、日本物理学会第68回年次大会、27pXH-10、2013年3月
[5] T. Takimoto et al., Phys. Rev. B, 69, 104504 (2004)
[6] 例えば、J. Mravlje et al., Phys. Rev. Lett., 106, 096401 (2011)