Theoretical study of emergent quantum phase driven by orbital-lattice entanglement

轨道晶格纠缠驱动的涌现量子相的理论研究

基本信息

批准号：
22K03507
负责人：
岩原直也
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Chiba University
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 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2022年度は、（1）動的Jahn-Teller（JT）相を取り扱う理論的枠組みの開発と、（２）4d, 5dダブルペロブスカイトにおける振電励起と非弾性共鳴x線散乱（RIXS）スペクトルに関する理論研究を行なった。(1) 5d1立方ダブルペロブスカイトの各サイトにおいて動的JT効果が発現する。この安定化エネルギーはサイト間の磁気的相互作用などよりも1-2桁大きい。この事実に基づき、動的JT効果を考慮して低エネルギー状態を記述するための模型を導出した。その模型の秩序状態を、平均場近似を用いて決定した。このような秩序状態を「振電モーメント」を用いて特徴づけた。さらに、温度依存性を計算し、各秩序相に現れる相転移を調べた。我々の理論は、従来の理論とは異なり、5d1ダブルペロブスカイトの全ての秩序相の特徴を説明できる。この研究で開発した振電秩序の理論は、他の系にも容易に拡張でき、さらに量子液体相や外場誘起相などの探索の基礎になる。(2) Ruイオン（4d4）およびIrイオン（5d5）を含む立方対称な塩化物において、振電励起とRIXSスペクトルの関係を理論的に示した。励起電子状態において動的JT効果が発現することを第一原理計算で示し、それに基づきRIXSスペクトルの（i）形状と（ii）温度依存性を再現した。この研究結果は、私が知る限り、4dおよび5d化合物で動的JT効果の発現が実験データに明確に現れることを直接証明した初めての例である。本研究結果は、RuやIrと時間反転の関係にある4d2, 5d1化合物においても、動的Jahn-Teller効果が発現することを示唆する。

到 2022 年，我们将 (1) 开发一个处理动态 Jahn-Teller (JT) 相的理论框架，以及 (2) 关于 4d、5d 双钙钛矿中的振动激发和非弹性共振 X 射线散射 (RIXS) 光谱的理论。进行了研究。 (1) 5d1立方双钙钛矿的每个位点均发生动态JT效应。这种稳定能量比位点之间的磁相互作用大 1-2 个数量级。基于这一事实，我们推导了一个考虑动态JT效应的低能态模型。使用平均场近似确定模型的有序状态。我们使用“振动矩”来描述这种有序状态。此外，我们计算了温度依赖性并研究了每个有序相中出现的相变。与之前的理论不同，我们的理论可以解释 5d1 双钙钛矿的所有有序相特征。本研究发展的电子振动序理论可以很容易地扩展到其他系统，并为进一步探索量子液相和外场诱导相提供基础。 (2) 我们从理论上证明了含有 Ru 离子 (4d4) 和 Ir 离子 (5d5) 的立方对称氯化物中振动激发和 RIXS 光谱之间的关系。第一性原理计算表明，动态 JT 效应发生在电子激发态，基于此，我们重现了 RIXS 谱的 (i) 形状和 (ii) 温度依赖性。据我所知，这项研究的结果是第一个直接证明动态 JT 效应的表达清楚地出现在 4d 和 5d 化合物的实验数据中。这项研究的结果表明，动态 Jahn-Teller 效应也表现在与 Ru 和 Ir 具有时间反转关系的 4d2 和 5d1 化合物中。