<講義ノート>強相関電子系における軌道/電荷自由度と新奇物性

Abstract

遷移金属酸化物に代表される強相関電子系では、電子間のクーロン相互作用により電子がしばしば局在する(しない場合もある)。ここで局在した電子が持つ自由度について考えると、電子のスピン自由度以外に、軌道のエネルギー縮退に由来する軌道自由度がある。局在電子にとって、この軌道自由度はスピン自由度とほぼ同等な存在であり、サイト間の飛び移り積分の2次摂動に由来する相互作用(スピンの場合は磁気的相互作用、軌道の場合はKugel-Khomskii相互作用)を持ち、結果として低温では自由度が秩序化する(スピンの場合は磁気秩序、軌道の場合は軌道秩序)。また、軌道自由度とスピン自由度の結合によって、より多彩な物性が発現し得る。さらに、サイトあたりの電子の数が整数でないとき(電荷の自由度があるとき)電子は遍歴できるが、この場合も軌道自由度は物性に重要な役割を果たす。ここでは、軌道自由度の基本的な物理を解説したのちに、実際の物質において軌道/電荷自由度がもたらす多彩な秩序状態、新奇な振舞について紹介したい。