Theoretical study on novel properties of 4d-, 5d-transition-metal compounds on honeycomb lattices

蜂窝晶格上4d、5d过渡金属化合物新性能的理论研究

基本信息

批准号：
19K03721
负责人：
菅誠一郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K03721/
关键词：
キタエフモデル異方的相互作用歪み歪み誘起擬ベクトルポテンシャルマヨラナ粒子ランダウ準位拡張キタエフモデルホールドープカイラルp波超伝導ハイゼンベルク・Γモデル蜂の巣格子クラスター展開数値厳密対角化基底状態相図キタエフ-ガンマモデル 4d, 5d遷移金属化合物超伝導

项目摘要

今年度は、主として以下の2つの研究を行った。1.異方的相互作用をする蜂の巣格子上のキタエフモデルに歪を加えた系での低エネルギー状態を数値計算と解析計算により調べた。歪みの効果は擬ベクトルポテンシャルと見做すことが出来る。歪み誘起擬ベクトルポテンシャルは、電荷を持たないマヨラナ粒子にも作用するので、観測や制御が困難なマヨラナ粒子を外部から制御する可能性を持つ。歪みがない場合にエネルギーギャップが現れない相互作用のパラメータ領域で、エネルギー固有値と局所状態密度を数値計算した結果、a)低エネルギー領域には量子化された状態が現れ、その量子数依存性はディラック・フェルミ粒子のランダウ準位に等しい、b)エネルギーゼロの量子化準位は、系が時間反転対称性を持つことを反映して、2種類の副格子の片方にだけ現れる事を明らかにした。以上より、蜂の巣格子上のキタエフモデルに歪を加えた系では、相互作用に異方性があっても、遍歴マヨラナ粒子はランダウ準位に量子化されることを明らかにした。この結果は、等方的相互作用をするキタエフモデルでは歪み誘起マヨラナ・ランダウ準位が現れる事を示した先行研究を拡張する結果である。更に、解析計算によっても、この系では歪み誘起マヨラナ・ランダウ準位が現れる事を示した。2.ハイゼンベルグ相互作用、および対称非対角相互作用を含む蜂の巣格子上の拡張キタエフモデルにホールをドープした系の基底状態を繰り込み平均場理論に基づき調べた。得られた結果は以下の通りである。a)低ドープ領域ではカイラルp波超伝導状態が実現している。この結果は先行研究で得られたU(1)スレーブボソン平均場理論による結果と矛盾しない。b)低ドープ領域のエネルギーはホール濃度に関して上に凸の依存性を示し、この事は空間的に非一様な超伝導状態である事を示唆している。

今年，我们主要开展了以下两项研究。 1. 我们通过数值和解析计算研究了具有各向异性相互作用的蜂窝晶格基塔耶夫模型应变系统中的低能态。畸变效应可以被视为赝矢量势。由于应变诱导赝矢量势也作用于不带电荷的马约拉纳粒子，因此具有从外部控制难以观测和控制的马约拉纳粒子的潜力。通过数值计算在无应变的情况下不出现能隙的相互作用参数区域的能量特征值和局域态密度，我们发现a）量子态出现在低能区域，并且它们的量子数据揭示，b）等于狄拉克费米子朗道能级的零能量量子化能级仅出现在两种类型的子晶格中，反映了系统的时间反转对称性。从上面的内容可以看出，在蜂窝晶格上的应变基塔耶夫模型中，即使相互作用是各向异性的，流动的马约拉纳粒子也被量子化到朗道能级。这一结果扩展了先前的研究，表明应变诱导的马约拉纳-朗道水平出现在具有各向同性相互作用的 Kitaev 模型中。此外，分析计算表明该系统中出现了应变诱导的马约拉纳-朗道能级。 2. 基于平均场理论，通过对蜂窝晶格上的扩展Kitaev模型进行重正化，研究了空穴掺杂体系的基态，其中包括海森堡相互作用和对称非对角相互作用。得到的结果如下。 a) 在轻掺杂区实现手性p波超导态。这一结果与之前使用U(1)从玻色子平均场理论的研究得到的结果一致。 b) 轻掺杂区域的能量表现出对空穴浓度的向上凸依赖性，表明空间上不均匀的超导状态。