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。

在2022财年中，我们进行了（1）关于（1）处理动态Jahn-Teller（JT）阶段的理论框架的理论研究，以及（2）关于振动激发和无弹性共振X射线散射（RIX）光谱的理论研究。（1）在5d1立方双钙钛矿的每个位点发生动态JT效应。这种稳定能量比站点之间的磁相互作用大1-2个数量级。基于这一事实，考虑到动态JT效应，用于描述低能状态的模型。使用平均场近似确定模型的顺序状态。使用“振动力矩”来表征此类秩序状态。此外，计算了温度依赖性，并检查了每个有序相中出现的相变。与常规理论不同，我们的理论可以解释5d1双钙钛矿的所有有序相特征。在本研究中开发的振动顺序理论可以很容易地扩展到其他系统，也是寻找量子液相和外部田间诱导相的基础。（2）理论上在含有RU离子（4D4）和IR离子（5D55）的立方对称氯化物中显示了振动激发与RIX光谱之间的关系。第一原理计算表明，动态JT效应发生在激发的电子状态下，基于此，（i）形状和（ii）RIXS频谱的温度依赖性得到了复制。据我所知，这项研究的发现是直接证明4D和5D化合物中的动态JT效应表现的第一个例子，在实验数据中清楚地出现了。这项研究的结果表明，动态的Jahn-Teller效应也表现在4D2和5D1化合物中，这些化合物与RU和IR具有时间不变的关系。