Theoretical study on doping-induced electronic states originating from spin-charge separation of strongly correlated insulators

强相关绝缘体自旋电荷分离引起的掺杂诱导电子态的理论研究

基本信息

批准号：
22K03477
负责人：
河野昌仙
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

重い電子系の絶縁体である近藤絶縁体に注目し、異なる軌道の混成を含むモデルである一次元近藤格子モデルと周期アンダーソンモデルの電子状態について、動的密度行列繰り込み群法の数値計算と摂動理論による研究を行った。その結果、モット転移の場合と同様に、ドーピングによって絶縁体相のスピン励起に起因した電子状態が出現することを示すことに成功し、その特徴を明らかにすることができた。この性質は、近藤絶縁体におけるスピンと電荷の分離、つまり、電荷励起ギャップよりも小さなエネルギー領域に磁気励起状態が存在することに由来しており、通常のバンド描像では説明することができない強相関効果である。また、周期アンダーソンモデルでは、フェルミエネルギーから離れたエネルギー領域においても、ドーピングによって電子状態が出現することを理論・数値計算によって明らかにすることができた。このことは、これまでドーピングは低エネルギー領域の物性に影響すると考えられてきたが、フェルミエネルギーから離れたエネルギー領域の性質にも影響を及ぼすことを示している。これまで重い電子系や近藤格子系において、有効質量が異常に増大することは主に電子相関の効果と考えられてきたが、今回の理論・数値計算によって、電子相関の効果よりもむしろ異なる軌道の混成効果の方が、有効質量の増大に強く係わっていることが明らかになった。一方で、上述した、近藤絶縁体の磁気励起状態がドーピングによって電子状態として出現する性質は、これまでの重い電子系や近藤格子系の研究では考えられていなかった顕著な電子相関の効果である。この研究成果は、論文[M. Kohno, Phys. Rev. B 105, 155134 (2022)]として発表した。

以重电子系统的绝缘体近藤绝缘体为中心，利用动态密度矩阵重整化群法，对一维近藤晶格模型和周期安德森模型的电子状态进行了数值计算和微扰。包括不同轨道的杂化进行了理论研究。结果，他们成功地证明了掺杂会导致绝缘体相中的自旋激发导致电子态的出现，类似于莫特跃迁的情况，并能够阐明其特性。这一性质源于近藤绝缘体中自旋和电荷的分离，即在小于电荷激发间隙的能量区域中存在磁激发态，并且存在通常的能带图无法解释的强相关性是一个效果。此外，理论和数值计算表明，在周期性安德森模型中，即使在远离费米能的能区，也会由于掺杂而出现电子态。这表明掺杂被认为会影响低能量区域的物理性质，也会影响远离费米能量的能量区域的性质。到目前为止，重电子系统和近藤晶格系统中有效质量的异常增加一直被认为主要是由于电子相关性的影响，但目前的理论和数值计算表明，轨道的差异已经清楚：的混合效应与有效质量的增加更为密切相关。另一方面，上述近藤绝缘体的磁激发态由于掺杂而呈现为电子态的性质是一种显着的电子相关效应，这是在以前的重电子系统和近藤晶格系统的研究中没有考虑到的.这项研究的结果以论文形式发表 [M. Kohno, Phys Rev. B 105, 155134 (2022)]。