格子自由度と結合した2次元強相関ディラック電子系における絶縁相の探索

搜索与晶格自由度耦合的二维强关联狄拉克电子系统中的绝缘相

基本信息

批准号：
18K03475
负责人：
大塚雄一
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

グラフェンにギャップを導入することは工学的に大きな波及効果を持つと期待されている。グラフェンの基礎模型となる2次元ディラック電子系では、理論的には電子間相互作用によってモット絶縁体への転移が起こる。そのため、グラフェンを引き伸ばすことで実効的に相互作用を制御し、絶縁体化を目指す実験的な試みが精力的に行われている。最近、この実験に対応した第一原理量子モンテカルロ計算が行われ、モット絶縁相の隣に、構造相転移を伴うパイエルス絶縁相が存在すると指摘された。本研究ではこの第一原理計算とは相補的なアプローチとして、モデル計算の手法である補助場量子モンテカルロ法を用い、現実物質よりもかなり簡単化された格子模型ではあるが、電子間相互作用に関しては温度および量子ゆらぎを近似を入れることなく取り込んだ計算を行った。電子格子相互作用に関するパラメータをいくつか選び、ハバード型電子間相互作用と温度を変数とした有限温度相図を作成し、先行研究と同様なKekule型の格子歪みを持つパイエルスの絶縁相が現れることを確認した。特に、この絶縁相は、電子格子相互作用がない場合の半金属とモット絶縁相間の臨界点近傍で低温に張り出しており、もしグラフェンに対する伸長の効果がパラメータ的にこの領域をよぎる場合、半金属から構造相転移を伴う絶縁相に転移することが期待される。これは先行研究と矛盾しない結果と言える。さらに相図全体の形は、主として物性基礎論的な興味から調べられた人工的な模型の結果[Physical Review Letters, 119, 197203 (2017)]と非常によく似ており、本研究の結果はグラフェンに留まらず、より一般的なDirac電子系の性質を反映しているものと考えられる。

在石墨烯中引入间隙预计将在工程中产生重大连锁反应。在作为石墨烯基本模型的二维狄拉克电子系统中，理论上由于电子-电子相互作用而发生向莫特绝缘体的转变。因此，人们正在尝试拉伸石墨烯以有效控制相互作用并使其成为绝缘体。最近，进行了与该实验对应的第一性原理量子蒙特卡罗计算，指出在莫特绝缘相旁边存在伴随结构相变的Peierls绝缘相。在本研究中，我们使用辅助场量子蒙特卡罗方法，这是一种模型计算方法，作为第一性原理计算的补充方法，虽然它是一个比真实材料简单得多的晶格模型，但我们进行了在不使用近似值的情况下结合温度和量子涨落的计算。通过选择与电子晶格相互作用相关的几个参数，并创建以哈伯德型电子-电子相互作用和温度为变量的有限温度相图，我们发现与先前研究类似的具有凯库勒型晶格应变的 Peierls 绝缘相得到了证实。特别是，在没有电子晶格相互作用的情况下，该绝缘相在接近半金属和莫特绝缘相之间的临界点的低温下延伸，并且如果石墨烯上的拉伸效应参数地穿过该区域，则半金属预计会出现将是从绝缘相到绝缘相的转变，并伴随着结构相变。这个结果可以说与之前的研究是一致的。此外，相图的整体形状与主要出于基础凝聚态物理兴趣而研究的人工模型的结果非常相似[Physical Review Letters, 119, 197203 (2017)]，本研究的结果是被认为反映了更一般的狄拉克电子系统的特性，而不仅仅是石墨烯。