Electronic State of Excitonic Insulator from viewpoint of Orbital Physics

从轨道物理角度看激子绝缘体的电子态

基本信息

批准号：
17H02916
负责人：
石原純夫
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017 至 2019
项目状态：
已结题

项目摘要

[1]強相関拡張された二軌道ハバード模型では、高スピン(HS)相と低スピン(LS)相の間に励起子絶縁体が現れる。この相境界付近で、弱いスピン軌道相互作用を採り入れると、HS相に内在する四重極自由度の揺らぎにより帯磁率が著しく増強されることを明らかにした。[2][1]の励起子絶縁体の模型において、変分クラスタ法を用いてvertex補正まで取りいれ、光学電導度を計算したところ、励起子絶縁相においては鋭いピークと連続スベクトルという特徴的な構造が得られ、この構造の積分値が励起子の秩序変数でスケールすることから、この相を特徴づける観測量であることを明らかにした。[3][1]の2軌道ハバード模型の電荷自由度をスピン自由度に読み替えたダイマースピンモデルのうちで、S=1から構成される系において3種類の四重極相を見出し、そのうちフェロネマティック相の比熱の温度依存性に特異なリエントラント現象が生じることを明らかにした。これらの四重極相は[1]の模型の励起子相と読み直すことができる。[4]励起子絶縁体の候補物質のコバルト酸化物のうち、反強磁性と焦電性を同時に示すマルチフェロイック物質BiCo03に着目し、の第一原理電子状態計算を行った。CoサイトをFeイオンで置換した際の圧電定数の変化を調べたところ、単斜晶構造Bi(Co, Fe)03が大きな圧電定数を示すのは、Co05ピラミッド配位の頂点酸素原子が対称性を下げることなく変位することにより、ピエゾテンソルの非対角項に寄与することが原因であることが分かった。また、スピン軌道相互作用を考慮したバンド計算により、反強磁性磁気空間群の対称性から許されるラシュバ効果を示すことを計算予測した。[5][4]のBiCo03のスピン軌道相互作用の効果の理解に参考となる有効モデルとして反強磁性絶縁体の一般化モデルを考案し、擬スピン描像を用いて系の性質をその詳細によらず解析的に明らかにする方法論を開発した。2種類のマグノン(擬スピン自由度)が混成して熱ホール効果やスピンテクスチャを生じる機構として、過去に知られていたスピン軌道相互作用以外に、Kitaev相互作用を含め、多くの空間的に反対称な相互作用が新たに加わることを明らかにした。

[1] 在强相关扩展双轨道哈伯德模型中，激子绝缘体出现在高自旋（HS）相和低自旋（LS）相之间。结果表明，当在相边界附近引入弱自旋轨道相互作用时，由于 HS 相固有的四极自由度的波动，磁化率显着增强。利用[2][1]中的激子绝缘体模型，我们使用变分聚类方法计算了光导率，包括顶点校正，发现激子绝缘体相位具有特征尖峰和连续的s向量自积分值。这种结构的变化与激子的有序变量成比例，表明它是表征该相的可观测量。 [3] 在将[1]中的双轨道哈伯德模型的电荷自由度读作自旋自由度的二聚体自旋模型中，在S = 1组成的体系中发现了三种类型的四极相，其中，铁磁性向列相的比热的温度依赖性中出现了奇特的重入现象。这些四极相可以理解为模型中的激子相[1]。 [4] 在作为激子绝缘体的候选钴氧化物中，我们重点研究了同时具有反铁磁性和热电性的多铁性材料 BiCo03，并进行了第一原理电子态计算。当我们研究Co位点被Fe离子取代时压电常数的变化时，我们发现单斜结构Bi(Co, Fe)03表现出很大的压电常数，因为Co05金字塔配位的顶点氧原子是对称的。发现原因是通过在不降低的情况下进行位移而导致压电张量的非对角项。此外，通过考虑自旋轨道相互作用的能带计算，预计由于反铁磁空间群的对称性，将观察到拉什巴效应。我们设计了反铁磁绝缘体的广义模型作为有效模型来帮助理解[5][4]中描述的 BiCo03 中自旋轨道相互作用的影响，并使用赝自旋图像详细解释了系统的特性。开发了一种方法来分析澄清信息而不依赖它。除了过去已知的自旋轨道相互作用作为两种磁振子（伪自旋自由度）杂交产生热霍尔效应和自旋纹理的机制之外，还有许多空间上相反的相互作用，包括 Kitaev 相互作用，据透露添加了新的对称相互作用。

项目成果

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Optical control of magnetism in double exchange system

双交换系统磁光控制

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Wakabayashi Yuki K.;Nonaka Yosuke;Takeda Yukiharu;Sakamoto Shoya;Ikeda Keisuke;Chi Zhendong;Shibata Goro;Tanaka Arata;Saitoh Yuji;Yamagami Hiroshi;Tanaka Masaaki;Fujimori Atsushi;Nakane Ryosho;A. Ono and S. Ishihara
通讯作者：
A. Ono and S. Ishihara

Ultrafast light induced dynamics in a correlated electron magnet

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