[論文レビュー] Magnetism and Electronic States of Systems with Strong Hund Coupling

Katsunori Kubo, D. M. Edwards+3 more|ArXiv.org|Nov 19, 1998

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、強いハンズ結合を有する強相関系において、鉄磁性および電子状態を二重簡約 Hubbard モデルおよび二重交換モデルを用いて調査する。過四分の一充満度系では、二重交換機構によって金属的鉄磁性が生じるが、四分の一充満度では軌道秩序を伴う絶縁的鉄磁性状態が出現し、一次元および無限次元における異なる次元依存性が示される。

ABSTRACT

This paper is a brief review of our recent studies concerning on magnetism and electronic states of lattice systems with Hund coupling. First we examined the effectiveness of the Hund coupling in realizing ferromagnetism in the doubly degenerate Hubbard model. One- and infinite-dimensional systems were studied and thereby dimensional dependence was discussed. In quarter-filled systems the insulating ferromagnetic state accompanied by alternating orbital order was found stable. In more-than-quarter filling cases metallic ferromagnetism is stabilized by the ``double exchange mechanism''. These results are common to one and infinite dimensions. In less-than-quarter filling cases the ferromagnetic ground state is stable in one dimension but not in infinite dimensions. Secondly we examined the electronic states and the resistivity in the double exchange model by using the one-particle Green function. The splitting and narrowing of the one-particle spectrum due to the Hund coupling were clarified in the framework of a single-site approximation. The resistivity due to the scattering by random localized spins was shown to be too small to explain the experimental results of doped manganites.

研究の動機と目的

• 強相関電子系における鉄磁性状態の安定化に寄与する強いハンズ結合の役割を理解すること。
• 一次元および無限次元における二重簡約 Hubbard モデルにおける鉄磁性秩序の次元依存性を検討すること。
• 単一サイト近似を用いて二重交換モデルの電子構造および抵抗率を分析すること。
• ドーピングマンガン酸化物における抵抗率を説明する二重交換機構の妥当性を評価すること。
• 四分の一充満度およびその周辺系における軌道秩序と鉄磁性の相乗的相互作用を明確化すること。

提案手法

• 一次元および無限次元格子における鉄磁性を研究するため、二重簡約 Hubbard モデルを用いた。
• 一次粒子グリーン関数の計算およびスペクトル特性の分析に単一サイト近似を適用した。
• 電子状態およびスピン依存性散乱効果を検討するため、二重交換モデルを用いた。
• 単一サイト近似の枠組み内で、局在スピンの不規則散乱に起因する抵抗率を計算した。
• 電子充満度（四分の一充満度、四分の一未満、四分の一超過）の変化に伴う鉄磁性基底状態の安定性を分析した。
• 一次元および無限次元系の結果を比較し、磁気秩序に及ぼす次元効果を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハンズ結合は、異なる次元における二重簡約 Hubbard モデルでどのように鉄磁性を促進するか？
• RQ2 四分の一充満度における絶縁的鉄磁性状態の安定化に、軌道秩序が果たす役割は何か？
• RQ3 なぜ過四分の一充満度系では二重交換機構によって金属的鉄磁性が安定化されるのか？
• RQ4 不規則な局在スピンによる散乱に起因する抵抗率は、ドーピングマンガン酸化物の実験値とどのように比較されるか？
• RQ5 四分の一未満充満度において、一次元系と無限次元系の間で鉄磁性の安定性に差が生じる理由は何か？

主な発見

• 四分の一充満度では、一次元および無限次元の両方において、交互に並ぶ軌道秩序を伴う絶縁的鉄磁性状態が安定である。
• 四分の一を超える充満度系では、二重交換機構によって金属的鉄磁性が安定化され、一次元および無限次元の両方で一貫した結果が得られた。
• 四分の一未満充満度では、一次元系では鉄磁性基底状態が安定であるが、無限次元系では不安定であるため、強い次元依存性が示された。
• 単一サイト近似により、ハンズ結合に起因する一次粒子スペクトルの分裂および縮小が明らかになった。
• 局在スピンの不規則散乱に起因する抵抗率は、ドーピングマンガン酸化物の実験的抵抗率を説明するには小さすぎる。
• 二重交換機構だけではマンガン酸化物で観測される高い抵抗率を説明できないため、追加の散乱機構が必要であると考えられる。