電子は電荷とスピンを持っている粒子でありながら量子力学的な波動性を兼ね備えている。 これが多数集まって相互作用し合うと、実に不思議な集団となる。 例えば、すべての粒子がひとつの量子状態に同調した"超伝導状態"となるときもあれば、 またあるときには、電子が互いに等距離を保って反発しあう"ウィグナー結晶"になったりと、変幻自在である。 その多様性は、分子の配列によって多彩な格子型が実現される分子性伝導体では一層豊かなものになる。 やわらかな格子と電子の相互作用、狭いバンド幅、 それと同程度の電子間クーロン反発エネルギーが拮抗して、 分子配列によって決まるバンド構造に依存して、 電荷、スピン、格子の自由度が絡み合う様々なエキゾチックな電子凝縮相が出現する。 一見複雑な構造を持つ分子性固体のバンド構造は、驚くほど単純である。 このことが、多様な電子相を博物学として楽しむだけではなく、 それをその舞台であるバンド構造と関係づけて理解する物理学の構築を可能ならしめる。 こうして、私達は、電子間相互作用が深く関与した電子集団の物理学--強相関電子系の物理学-- を分子性物質から学ぶことができる。
その中で、この講義では、
(i)擬１次元電子系におけるPeierls不安定性、モット転移、ウィグナー結晶化、
Tomonaga-Luttinger液体からFermi液体へのクロスオーバー
(ii)擬２次元系におけるモット転移、ウィグナー結晶とウィグナーガラスの競合、スピンの秩序化と液体、超伝導、について解説する。
参考文献(総説) J. Phys. Soc. Jpn. 75 (2006) 051007
Electron possesses dual characters of wave and particle with charge and spin.
When the electrons gather and interact with each other,
they can form an exotic assembly. For example,
they fall into a coherent mater wave called superconductivity or crystallizes into the electron solid called Wigner crystal.
The variety of electronic phases are particularly remarkable in molecular materials,
where the interplay between the electron-soft lattice interaction,
narrow bandwidth and electron-electron Coulomb interaction gives various exotic phases with curious organization in charge,
spin and lattice degrees of freedom,
depending on the electronic dimensionality determined by the molecular arrangement.
Although the structure of the molecular materials seems complicated, their band structure is simple.
This feature enables us not only to enjoy the variety of the electronic phases
but also to construct the physics of the relationship between the emergent phases and the electronic bands.
Thus, we learn a lot the physics of the strongly interacting electrons by studying the molecular conductors.
Among them, I will talk about the following topics in this lecture;
(i) Peierls instability, Mott transition, Wigner crystallization, crossover from Tomonaga-Luttinger liquid to Fermi liquid in quasi-one-dimensional systems
(ii) Mott transition, competing Wigner crystal/glass states, competing spin order/liquid and superconductivity in quasi-two-dimensional systems.
Reference J. Phys. Soc. Jpn. 75 (2006) 051007