Variational Monte Carlo study of impurity effects on filling-control-type Mott transitions

杂质对填充控制型莫特跃迁影响的变分蒙特卡罗研究

基本信息

批准号：
20K03850
负责人：
横山寿敏
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

モット絶縁体に電荷キャリアを化学的にドープした（結晶中の伝導領域で電荷中性が崩れた）場合、実験では有限ドープ率まで絶縁体に留まる。このフィリング制御型モット転移がどのような機構で起こるのかを、変分モンテカルロ法により明らかにすることがこの研究の第一の目的である。さらに、平行して研究している光励起などによる電荷中性を保ったまま電荷キャリア（ダブロンとホロン）を導入した場合との差異を調べる。前年度の計算で、一体部分の最適化により不純物効果を制御する試行波動関数には利点が多いことが判ったので、それをフラストレートした2次元正方格子における不純物ハバード模型に適用し、化学的にドープした反強磁性状態と常磁性状態（正常状態）について、（系のサイズ依存性の確認を含む）本計算を行った。主にフィリング制御型モット転移を考える上で重要な物理量（二重占有率、不純物サイトとホストサイトの電子密度、交替磁化など）や変分変数（不純物ポテンシャル制御因子やダブロン-ホロン束縛因子）のモデルパラメータ［相互作用強度 (U/t)、不純物ポテンシャルの大きさ（V/t）、フラストレーションの強さ（t’/t）、ドープ率（δ）、不純物濃度（δi）］への依存性を調べた。これらの変数はいずれも重要であり、計算を広大な空間で網羅的に行ったため、結果の概要を簡便に述べることは難しい。その中で、フィリング制御型モット転移に関する特に重要な成果として、反強磁性状態と常磁性状態で共通して、非不純物ドープ系（δi=0）では得られなかった有限ドープ率（δ＞0）でのモット絶縁体化が、δi≧δでかつ斥力型Vの不純物ドープ系では起こることを示すことができた。今年度の計算では、δ＞0でのモット絶縁体が出現する領域についての定量的な相図を、様々なパラメータ空間で描くことに成功した。

如果莫特绝缘体通过化学方式掺杂有载流子（晶体导电区域的电荷中性被破坏），则在实验中达到有限掺杂百分比时，它仍然是绝缘体。本研究的主要目的是阐明使用变分蒙特卡罗方法发生这种填充控制莫特转变的机制。此外，我们将研究这与引入电荷载流子（双布隆和完整子）同时通过光激发保持电荷中性的情况之间的差异，这正在并行研究。在前一年的计算中，我们发现通过优化积分部分来控制杂质效应的试验波函数有很多优点，因此我们将其应用到受挫二维方晶格中的杂质哈伯德模型中，并研究了其化学性质。当前的计算（包括系统尺寸依赖性的确认）是针对掺杂的反铁磁态和顺磁态（正常态）进行的。主要是，在考虑填充控制莫特转变时，物理量（双相占有率、杂质位点和主位点的电子密度、交变磁化强度等）和变分变量（杂质势控制因子和双布隆-完整子结合因子）很重要。参数[交互强度(U/t)、杂质势大小(V/t)、挫败强度(t'/t)、掺杂率(δ)和杂质浓度(δi)]。所有这些变量都很重要，而且由于计算是在广阔的空间内进行的，因此很难对结果进行简单的总结。其中，关于填充控制莫特转变的一个特别重要的结果是，在δi≥δ和排斥型V的杂质掺杂系统中，显示出有限的掺杂率（δ>0）。在今年的计算中，我们成功地绘制了δ>0时莫特绝缘体出现区域的各种参数空间中的定量相图。