現実的4f殻構造と結晶場構造を考慮した強相関電子系の動力学的理論

考虑真实4f壳层结构和晶体场结构的强关联电子系统动力学理论

• 批准号: 06J05014
• 负责人: 大槻 純也
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J05014/
• 关键词: 強相関電子系; 希土類化合物; 連続時間量子モンテカルロ法; Coqblin-Schrieffer模型; 近藤模型; 近藤格子模型; Non-Crossing Approximation; CeB_6,Ce_xLa_<1-x>B_6; de Haas-van Alphen効果; 結晶場; 近藤効果

動的平均場理論は、希土類化合物など強相関電子系の研究において最も広く用いられている近似法である。この枠組みで実際に物理量を計算するには、有効的な一不純物問題を解く必要がある。不純物模型の数値的解法として、近年、連続時間量子モンテカルロ法(CT-QMC)が開発された。この手法は、通常の量子モンテカルロ法で用いられているTrotter分解を使わないため、統計誤差を除けば厳密である。また、Anderson模型の原子極限からの定式化では、負符号問題が現れないため、動的平均場理論の不純物ソルバーとして優れた手法である。ただし、電子間相互作用が強い場合あるいは局在レベルが深い場合は、更新確率が減少するため、強相関領域は扱うのが困難であるという問題があった。この問題を解決するために、我々はCT-QMCをAnderson模型の強相関極限であるCoqblin-Schrieffer(CS)模型及び近藤模型に拡張した。それにより、CS・近藤模型の動的物理量が、統計誤差の範囲で厳密に計算可能になった。不純物ソルバーとして我々が開発したCT-QMCを用いて、無限次元の近藤格子模型の研究を行った。近藤格子模型はこれまで一次元に関しては詳しく調べられており、本研究はそれに対する相補的な研究であるといえる。局在スピンの空間相関を調べるために、動的平均場理論で自己無撞着に計算される一粒子Green関数を用いて、二体相関関数の波数依存性の定式化を行った。この表式を用いることにより、局在スピンの帯磁率および伝導電子のスピン・電荷感受率が計算でき、それらの発散から相転移温度を見積もることができる。我々は、結合定数および伝導電子数を変化させて数値計算を行い、基底状態相図を決定した。その結果、RKKY相互作用による磁気秩序相や近藤効果による常磁性相に加えて、1/4フィリングにおいてCDW相が見つかった。この転移は、近藤一重項によるエネルギー利得を大きくするために起こると考えられ、新しい機構のCDW転移である。

动态平均场理论是稀土化合物等强相关电子系统研究中应用最广泛的近似方法。要使用该框架实际计算物理量，有必要解决有效的单杂质问题。连续时间量子蒙特卡罗方法（CT-QMC）最近被开发为杂质模型的数值求解方法。该方法没有使用通常量子蒙特卡罗方法中使用的Trotter分解，因此除了统计误差之外，它是精确的。此外，由于从原子极限出发建立安德森模型时不会出现负号问题，因此它是动态平均场理论杂质求解器的一种出色方法。然而，当电子之间的相互作用较强或局域化水平较深时，更新概率会降低，从而难以处理强相关区域。为了解决这个问题，我们将 CT-QMC 扩展到 Coqblin-Schrieffer (CS) 模型和 Kondo 模型，它们是 Anderson 模型的强相关极限。因此，CS/Kondo模型的动态物理量可以严格在统计误差范围内计算。我们使用 CT-QMC（我们开发的杂质求解器）对无限维近藤晶格模型进行了研究。近藤晶格模型在一维上得到了详细的研究，这项研究可以说是对此的补充。为了研究局域自旋的空间相关性，我们使用单粒子格林函数公式化了二体相关函数的波数依赖性，该函数是使用动态平均场理论自洽计算的。通过使用该表达式，可以计算局域自旋的磁化率和传导电子的自旋/电荷磁化率，并可以根据它们的散度来估计相变温度。我们通过改变耦合常数和传导电子的数量进行数值计算，并确定基态相图。结果，除了由于 RKKY 相互作用引起的磁有序相和由于近藤效应引起的顺磁相之外，在 1/4 填充中还发现了 CDW 相。这种转变被认为是为了增加由于近藤单线态而产生的能量增益，并且是一种新的 CDW 转变机制。

项目成果

Continuous-Time Quantum Monte Carlo Method for the Cogblin-Schrieffer Model

Cogblin-Schrieffer 模型的连续时间量子蒙特卡罗方法

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan 76
• 作者: J. Otsuki;H. Kusunose;P. Werner and Y. Kuramoto
• 通讯作者: P. Werner and Y. Kuramoto

The de Haas-van Alphen effect in Kondo system with crystalline electric field

晶体电场近藤系统中的德哈斯-范阿尔芬效应

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310
• 作者: J.Otsuki;H.Kusunose;Y.Kuramoto
• 通讯作者: Y.Kuramoto

連続時間量子モンテカルロ法によるCoqblin-Schrieffer模型の動力学

使用连续时间量子蒙特卡罗方法的 Coqblin-Schrieffer 模型动力学

• 发表时间: 2007
• 作者: 大槻純也;楠瀬博明;P. Werner;倉本義夫
• 通讯作者: 倉本義夫

連続時間QMC法による無限次元近藤格子模型の基底状態相図

使用连续时间 QMC 方法绘制无限维 Kondo 晶格模型的基态相图

• 发表时间: 2008
• 作者: 大槻純也;楠瀬博明;倉本義夫
• 通讯作者: 倉本義夫

Excitonic Bound State in the Extended Anderson Model with c-f Coulomb repulsion

具有 c-f 库仑斥力的扩展安德森模型中的激子束缚态

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan 76
• 作者: Kazuki Komatsu;Takahiro Kuribayashi;Asami Sano;Eiji Ohtani;Yasuhiro Kudoh;佐野 亜沙美;Asami Sano;Asami Sano;Asami Sano;Asami Sano;佐野 亜沙美;鍵 裕之;Asami Sano;J. Otsuki
• 通讯作者: J. Otsuki