Strong correlation and strong coupling effects in the excitonic phase and its vicinity region based on the first-principles calculations and the quantum many-body calculations

基于第一性原理计算和量子多体计算的激子相及其邻近区域的强关联和强耦合效应

基本信息

批准号：
21K03399
负责人：
大野義章
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Pr1-2-20系PrT2X20（T=遷移金属、X=Al, Zn, Cd）は、4f 2配位のPrイオンの結晶電場基底状態が非クラマース二重項Γ3であることに起因して、四重極秩序や超伝導、非フェルミ液体などの様々な興味深い振る舞いを示すことから注目を集めており、膨大な研究が進められつつある。その中で、PrTi2Al20では強的な四極子秩序（FQ）、PrV2Al20、PrIr2Zn20、PrRh2Zn20では反強的な四極子秩序（AFQ）が観測されているが、これらのFQとAFQの物質依存性の起源については未解明である。また、これらの物質では、四極子秩序相の低温領域において超伝導が発現し、四極子秩序と超伝導との関わりが注目されているが、超伝導発現機構やその対称性についても未だ分かっていない。本研究では、第一原理計算（WIEN2k）に基づいて最局在ワニエ関数を用いて複雑な伝導バンドを正確に再現する有効196バンド模型を構築し、伝導電子を媒介としてPrイオンの四極子モーメントおよび八極子モーメント間に働くRKKY相互作用を導出した結果、PrTi2Al20ではFQ、PrV2Al20ではAFQとなる実験の四極子秩序説明するとともに、実験では未解明の詳細な内部秩序構造を決定した。また、PrTi2Al20では非常に飛びの小さい（ほぼ２次相転移に見える）１次相転移が実現すること、PrV2Al20ではAFQに２次相転移した後、さらに降温により別の種類のAFQに２段相転移することを示したが、これらはいずれも比熱の実験結果と良く整合する。さらに、一般化されたスピン波理論をこれらの四極子秩序に適用することにより四極子波（Quadrupolon）の分散を導出し、Quadrupolonを媒介とする引力相互作用による線形化Eliashberg方程式を解くことにより超伝導の転移温度とギャップ関数を求めた。

Pr1-2-20系统PrT2X20（T=过渡金属，X=Al，Zn，Cd）是由于4f二配位Pr离子的晶体电场基态是非Kramers双峰Γ3。它因其表现出四极级、超导性和非费米液体行为等多种有趣的行为而受到关注，并且大量的研究正在进行中。其中，在PrTi2Al20中观察到了强四极有序（FQ），在PrV2Al20、PrIr2Zn20和PrRh2Zn20中观察到了反强四极有序（AFQ），但这些FQ和AFQ的材料依赖性的起源尚不清楚。目前尚不清楚。此外，在这些材料中，超导发生在四极有序相的低温区域，四极有序与超导之间的关系引起了人们的关注，但超导发展的机制及其对称性仍然未知。在本研究中，我们构建了一个有效的196能带模型，使用基于第一性原理计算（WIEN2k）的最局域Wannier函数精确地再现了复杂的导带，并使用传导电子作为介体计算了Pr离子的四极矩。和八个通过推导极矩之间的RKKY相互作用，我们解释了实验中的四极级数，即PrTi2Al20中的FQ和PrV2Al20中的AFQ，并确定了实验中尚未了解的详细内部有序结构。此外，在PrTi2Al20中，一阶相变发生的跳跃非常小（看起来几乎是二阶相变），而在PrV2Al20中，在二阶相变到AFQ之后，发生了两步相变。由于进一步冷却，发生了另一种类型的 AFQ 的相变，这些结果与比热的实验结果非常吻合。此外，通过将广义自旋波理论应用于这些四极级，我们推导了四极波（四极子）的色散，并通过求解由于四极子介导的吸引力相互作用而产生的线性化 Eliashberg 方程，我们推导了传导转变温度和间隙函数被确定。