[論文レビュー] Antiferromagnetism, charge density wave and $d$-wave superconductivity in the $t$-$J$-$U$-$V$ model of correlated electrons

Marcin Abram, M. Zegrodnik+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2016

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、強相関電子系のt-J-U-V模型において、反強磁性（AF）、電荷密度波（CDW）、d波超伝導（SC）の相乗的相互作用を統計的に一貫したゲッツヴィラー近似（SGA）を用いて調査する。CDW秩序は、穴ドーピング範囲δ内で、サイト間クーロン反発Vが臨界値を超えた領域でのみ出現する。強いVはSCを抑制するが、AF秩序にはほとんど影響を与えず、図式展開によるゲッツヴィラー波動関数（DE-GWF）による高次補正も、これらの傾向を裏付ける。

ABSTRACT

In the first part of the paper, we study the stability of antiferromagnetic (AF), charge density wave (CDW), and superconducting (SC) states within the $t$-$J$-$U$-$V$ model of strongly correlated electrons by using the statistically consistent Gutzwiller approximation (SGA). We concentrate on the role of the intersite Coulomb interaction term $V$ in stabilizing the CDW phase. In particular, we show that the charge ordering appears only above a critical value of $V$ in a limited hole-doping range $\delta$. The effect of the $V$ term on SC and AF phases is that a strong interaction suppresses SC, whereas the AF order is not significantly influenced by its presence. In the second part, separate calculations for the case of pure SC phase have been carried out within an extended approach (the diagrammatic expansion for the Gutzwiller wave function, DE-GWF) in order to analyze the influence of the intersite Coulomb repulsion on the SC phase with the higher-order corrections included beyond the SGA method. In the Appendices we discuss the ambiguity connected with the choice of the Gutzwiller renormalization factors within the renormalized mean filed theory when either AF or CDW orders are considered. At the end we overview briefly the possible extensions of the current models to make description of the SC, AF, and CDW states on equal footing.

研究の動機と目的

• 強相関電子系のt-J-U-V模型における反強磁性（AF）、電荷密度波（CDW）、d波超伝導（SC）相の安定性を分析すること。
• サイト間クーロン相互作用VがCDW相を安定化させる役割と、SCおよびAF秩序に与える影響を調査すること。
• SGAを超えた分析を図式展開によるゲッツヴィラー波動関数（DE-GWF）を用いて高次相関効果を含める。
• 正準平均場理論においてAFまたはCDW秩序が存在する場合に生じるゲッツヴィラー再正則化因子の曖昧性を解消すること。
• 相関電子系におけるSC、AF、CDW状態を統一的に記述する枠組みを提案すること。

提案手法

• 統計的に一貫したゲッツヴィラー近似（SGA）を用いて、t-J-U-V模型におけるAF、CDW、SC相の安定性を検討する。
• 相競合の評価に向け、サイト間クーロン反発Vを主要パラメータとして組み込む。
• SGAを超える相関効果を含めるために、図式展開によるゲッツヴィラー波動関数（DE-GWF）を用いる。
• 穴ドーピング範囲δにおける相図を分析し、臨界Vを超えた領域でCDW秩序が出現することに注目する。
• AFまたはCDW秩序が考慮される平均場理論における再正則化因子の曖昧性を調査する。
• SC、AF、CDW状態を同等に扱えるようにモデルを拡張する議論を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 t-J-U-V模型において、電荷密度波（CDW）相を安定化させるために必要なサイト間クーロン相互作用Vの臨界値は何か？
• RQ2 サイト間クーロン反発Vは、d波超伝導（SC）および反強磁性（AF）相の安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 SGAを超える高次相関補正は、CDW、SC、AF状態の相競合にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 正準平均場理論においてAFまたはCDW秩序が存在する場合に、ゲッツヴィラー再正則化因子に曖昧性が生じる原因は何か？
• RQ5 t-J-U-V模型をどのように拡張すれば、SC、AF、CDW状態を同等に記述できるか？

主な発見

• 電荷密度波（CDW）相は、穴ドーピング範囲δ内で、サイト間クーロン反発Vが臨界値を超えた領域でのみ出現する。
• 強いサイト間クーロン反発Vはd波超伝導（SC）相を抑制する。これは、CDWとSCの秩序の間で競合が生じていることを示唆する。
• 反強磁性（AF）秩序はVの増加に対してほとんど影響を受けず、長距離クーロン相互作用に対しても頑健であることが示された。
• 図式展開によるゲッツヴィラー波動関数（DE-GWF）による高次補正は、VによるSCの抑制を確認し、SGAの結果を支持する。
• 正準平均場理論においてAFまたはCDW秩序が存在する場合、ゲッツヴィラー再正則化因子に曖昧性が生じ、注意深い取り扱いが求められる。
• 本稿は、モデル拡張を通じて、相関電子系におけるSC、AF、CDW状態を統一的に記述する道筋を提示している。