横山 寿敏    ( Hisatoshi Yokoyama )

物性理論研究室 助教    [理学合同 B 棟（旧総合棟） 841 号室]

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　研究分野：強い粒子間相互作用が物性（物質の性質）を支配する電子系、原子系の理論。
　　特に高温超伝導体を中心とした遷移金属超伝導体、磁性体や光学格子系、量子スピン系等
　　の数値的、解析的研究。
　　　　現在は、最近技術的に急速な発展を遂げている最適化変分モンテカルロ（VMC）法
　　（多体変分理論とモンテカルロ法を併用する方法）を主に用いて、下記物理系の研究を
　　中心に行っている。ちなみに、[1] と [2] は密接な相互関係がある。
　　　　数値的研究では世界の有力グループと最先端で競合するため、最新のCPUを含む数値計算
　　専用のグループ共用計算機約 100 台（500コア）を保有し、毎年最新CPUを補充している。

　　[1] レーザー照射によって極低温（ナノケルビン）に冷却された原子気体が、（人工の）
　　　 光学格子上に置かれた場合に示す様々な性質。とりわけ、Bose 原子系では Bose-Einstein
　　　 凝縮（BEC）や超流動-絶縁体(Mott)転移の性質。Fermi 原子系では Feshbach 効果を
　　　 利用して相互作用の強さ（及び符合）を変化させた場合、引力系でのクーパー対生成機構の
　　　 BCS-BEC クロスオーバー、斥力系で見出された Mott 転移や擬ギャップの問題など。
　　　 冷却原子問題はこの十年余り急速に発展しているホットな（Nobel賞２度）分野である。

　　[2] 銅酸化物高温超伝導体、およびそれと密接に関連する有機超伝導体は、モット絶縁体に
　　　 何らかの方法でキャリアを注入することによって超伝導が発現する。つまり強い斥力的
　　　 電子相関が超伝導の本質を担っている系で、従来のBCS理論から予測される物理とは
　　　 大きく異なった性質を示す。
　　　 　私達はこれらの系でのクーパー対の生成機構や、超伝導と密接に関わる低キャリア
　　　 密度で現れる擬ギャップ、金属（超伝導）絶縁体転移の機構を微視的に理解するため、
　　　 Hubbard モデルなどの格子モデルにVMC法を適用して調べている。擬ギャップと超伝導
　　　 ギャップの謎に満ちた関係を解き明かすことが、銅酸化物超伝導のメカニズムを知る
　　　 鍵となりそうである。
　　　 　現在取り組んでいる具体的トピックス：(i) 擬ギャップの示す状態の候補として、
　　　 局所的環電流を持ち、時間反転対称性が破れた交替フラックス状態が挙がっている。
　　　 しかし強相関域でのこの状態の性質は未だにはっきりしない。カレントを持つ場合に
　　　 不可欠になる局所電子配置に依存した位相因子を導入して、これまで未解明であった
　　　 これらの状態の性質を明らかにする計画である。(ii) これら超伝導体の母物質である
　　　 モット絶縁体（転移）の性質を理解するために、Kohn の方法（Drude重みの計算）や
　　　 Berry 位相の理論を用いて、「現代的な」モット転移の理論の構築を目指している。
　　　　 高温超伝導は四半世紀来の大問題だが、実験の一側面を説明する安易な理論は避け、
　　　 基本的モデルから様々な実験結果を統一的に解釈できる理論構築が目標である。

　研究教育活動： ●研究は独自のテーマの他、下記各グループと共同で研究を進めています。
　　　　東京大学 理学系研究科 物理学専攻 小形 研究室
　　　　東北大学 工学研究科 応用物理学専攻 土浦 宏紀氏
　　　　物質・材料研究機構　栂 裕太氏
　　　　名古屋大学 工学研究科 応用物理学分野 田仲 研究室
　　　　千葉工業大学 工学部 教育センター 小林 憲司氏, 渡邉 努氏
　　　　○小形、小林両氏とは平成25-28年度科研費基盤研究で連携研究を、小林氏とは
　　　　平成28-31年度科研費基盤研究 で連携研究を行っています。

　　●大学院での研究活動：現在、 佐藤 諒氏 （物性理論D3,学振特別研究員）と金属絶縁体
　　　 転移および銅酸化物高温超伝導体などの研究を行っています。
　　　　 　院生教育の目標は、博士学位を取得し、早い時期に permanent の研究職を得て
　　　 独立して物性科学の研究を実行できる人材を育てることに設定しています。つまり、
　　　 良い研究を行い、高く評価される成果を挙げるためには、どうすれば良いのかと
　　　 いうことを、五年余りの間に身に付けて貰うことです。科学的知識の受動的な input を
　　　 要求された学部生の立場から、能動的に未知の問題を解明し output を要求される
　　　 科学者の立場へと脱皮する過程です。
　　　　 　そのために、配属された院生には、学部４年後期以降のなるべく早い段階で、第一線
　　　 の研究を共同研究という形で行って、成果を学会や国際会議で発表し、論文として
　　　 出版できるように、始めは interactive に研究を進めたいと思います。その際、例えば
　　　 regular article は少なくとも30回は引用されるような、研究として質の高さも追求
　　　 します。欲張りな目標なので、長丁場を一所懸命頑張らねばなりませんが、楽しく
　　　 意欲的に研究できる（精神的+物質的）環境を整えるよう努力しています。科学的創造
　　　 の楽しさを是非知って欲しいと思います。

　　● 工学研究科の土浦宏紀氏のグループと合同でセミナー（研究の議論、論文紹介）を
　　　行っています。また、石原グループのサブグループとして活動しており、セミナーにも
　　　参加しています。可能ならば共同研究も行う予定です。

　　●何か尋ねたいことがある方、物性理論や上記研究分野に興味がある方など、様々な
　　　 レベルの話に応じます。（手狭ですが）居室（合同B棟841号室）を訪ねて下さい。


　学部教育担当（2019年度）
　　・ 量子力学 I 演習　（4セメ）

　　・ 物性物理学 III 　（7セメ）： 場の量子論入門, 磁性と超伝導の基礎.

　　・ 物理学セミナー　（6セメ）： 内容は未定

　　 　　　　---授業のより詳しい説明はシラバスを参照して下さい。 　　　　　　　　　　　　

---- 学部学生向けの研究紹介（強相関の物理）---- [物理学セミナーの配布物]
嘗て固体物理学の主要な研究テーマであった金属や半導体の物理は、平均場近似 [一体近似：
バンド理論や乱雑位相近似(RPA)] によってその性質がほぼ理解され、主要な基礎的問題は
1970 年頃までに大体片付いた（工学的問題は多々残されているが）。現在固体物理学の中心的
課題として、重い電子系や高温超伝導、分数量子ホール効果（'98 年ノーベル賞）、低次元電子系
（'00 年ノーベル化学賞）など、電子間相互作用や量子揺らぎが強く、それが物性を支配する
系の物理を如何に理解するかが、極めて重要になっている。
　　特に、1986年に Bednorz と Mueller（'87年ノーベル賞）によって発見された銅酸化物高温
超伝導体は、基礎的には従来の超伝導理論 [ＢＣＳ理論(一種の平均場近似)] では理解できない
性質が多く、工学的には超伝導臨界温度（Tc）が 100K を超え、応用によって社会生活が一変
する可能性が高いため、各界へのインパクトが非常に大きい。このため発見以来二十年余り、
実験・理論の両面から世界中の研究者が未曾有の規模・密度で研究を進めてきた。特に実験に
関しては、日本は世界を牽引する見事な成果を数々納めてきている。
　　一方、理論的には３体以上の相互作用系は、特殊な束縛条件が無ければ、解析的には厳密に　
解けないことが証明されている (Bruns, 1887：古典力学での証明だが、量子力学でも同じ)。しかし、
物質の強い磁性や超伝導などの基本的物性（マクロな物性に現れる量子現象）は、電子間の相互作用が
無いと起き得ない。こうして、相互作用系の振舞いを精確に（少なくとも定性的に、出来れば定量的に）
知ることが本質的に重要であり、しかもかなりの難題であることが予想できるであろう。特に強相関系
では、平均場近似を超えた信頼できる方法を用いないと、その正体が現れない場合が多く、往々に
して既に確立された近似法は役立たない。まず方法論から新たに建設して行かなければならない
のである。
　　銅酸化物高温超伝導体に関しては、二十年の研究で解ってきたことも多いが、本丸である
超伝導の転移メカニズムと Tc 以上での金属相の異常な振る舞い（擬ギャップ）は、謎として
残っており、依然物性物理の最重要課題と言ってよい（銅酸化物高温超伝導の一般的解説は数多い。
最近では「パリティ」2008年4,5月の特集---未確立な点が多いことを念頭に読むべき）。金属絶縁体
（モット）転移 やストライプ秩序との関係や不純物効果など、解明すべき課題は未だ数多く
残されている。
　　この数年は、主に最適化変分モンテカルロ法という数値的計算法により、銅酸化物高温超伝導体
の電子状態の研究を行っている。この方法は局所的な相関が正確に扱えるため、弱相関極限から
強相関極限までを統一的に扱える数少ない方法である。強相関系を扱う一つの有力な方法として、
銅酸化物系の理解に少なからぬ寄与ができるものと確信して、日々研究を行っている。新しい
概念が次々に出てくる分野であり、若い研究者の参入に適した分野だと思われます。

　●●　連絡先　●● 　------下記にお願いします------
　　〒980-8578 仙台市 青葉区 荒巻 字 青葉 　
　　東北大学 理学部 物理教室 物性理論研究室
　　電 話   : 022-795-6445　（物性理論事務室）
　　ＦＡＸ : 022-795-6447　（物性理論事務室）

最近の論文、解説など:

○ T.Watanabe, H.Yokoyama, K.Kobayashi: "Antiferromagnetism and pairing
symmetries in two-dimensional t-J model", Physica C 470, S106 (2010).

○ K.Kobayashi, T.Watanabe and H.Yokoyama,: "Competition and coexistence
of antiferromagnetism and superconductivity in the Hubbard model",
Physica C 470, S947 (2010).

○ H.Yokoyama, M.Ogata and K.Kobayashi: "Close Relation between Antinodal
Fermi-Surface Effect and Superconductivity in Cuprates", Physica C 470
S149 (2010).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Superconductivity and antiferromagnetism in
phase diagram of frustrated Hubbard model within variational study",
Physica C 470, 1081 (2010).

○ T.Miyagawa, H.Yokoyama: "Doublon-holon-binding mechanism of Mott
transition in low dimensional Hubbard model.", Physica C 471, 738-742
(2011).

○ H.Yokoyama, T.Miyagawa and M.Ogata: "Mechanism of superfluid-insulator
transition in two dimensional Bose Hubbard model.", Physica C 471, 730-734
(2011).

○ T.Miyagawa and H.Yokoyama: "Effects of Long-Range Correlations on
Nonmagnetic Mott Transitions in Hubbard model on Square Lattice.",
J.Phys.Soc.Jpn. 80, 084705 (2011).
(ArXiv:1104.0109).

○ H.Yokoyama, T.Miyagawa and M.Ogata: "Effect of Doublon-Holon Binding
on Mott transition---Variational Monte Carlo Study of Two-Dimensional
Bose Hubbard Models.", J.Phys.Soc.Jpn. 80, 084607 (2011).
(ArXiv:1104.0516). * この論文は JPSJ の Editors' Choice に選ばれました。

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Spin-gapped wave function as normal state
in attractive Hubbard model.", Phys. Proc. 27, 76 (2012).

○ H.Yokoyama, S.Tamura, T.Miyagawa, K.Kobayashi, M.Ogata: "Strongly
correlated nature of d-wave superconductivity in cuprates.", Phys. Proc.
27, 60 (2012).

○ Y.Toga, H.Tsuchiura, M.Yamashita, K.Inaba, H.Yokoyama: "Mott
Transition and Spin Structures of Spin-1 Bosons in Two-Dimensional Optical
Lattice at Unit Filling.", J.Phys.Soc.Jpn. 81, 063001 (2012).
(ArXiv:1204.1175).

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Variational Monte Carlo Study of Spin-Gapped
Normal State and BCS-BEC Crossover in Two-Dimensional Attractive
Hubbard Model", J.Phys.Soc.Jpn. 81, 064718 (2012).
(ArXiv:1203.1719).

○ H.Yokoyama, M.Ogata, Y.Tanaka, K.Kobayashi, H.Tsuchiura: "Crossover
between BCS Superconductor and Doped Mott Insulator of d-wave Pairing State
in Two-Dimensional Hubbard Model", J.Phys.Soc.Jpn. 82, 014707 (2013).
(ArXiv:1208.1102). * この論文は JPSJ の Most Cited Articles in 2014" に
選ばれました。

○ H.Yokoyama, S.Tamura, K.Kobayashi, M.Ogata: "Variational study of
conduction in doped Mott insulator in terms of kinetic energy", Phys.
Proc. 45, 9 (2013).
(ArXiv:1211.6175).

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Variational study of Mott transition by means
of Drude weight and superfluid density", Phys. Proc. 45, 5 (2013).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Coexistence of superconductivity and
antiferromagnetism and its effects on crossover as to correlation strength
in Hubbard model", Phys. Proc. 45, 17 (2013).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Band Renormalization Effect on Interplay
between Antiferromagnetism and Superconductivity in Hubbard Model in
Hubbard model", JPS Conf. Proc. 1 (2014) 012120.

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Coexistence and Mutual Exclusion of
Superconductivity and Antiferromagnetism and Phase Separation in Hubbard
Model", JPS Conf. Proc. 3 (2014). 015012

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Variational Approach to Localization Length
for Two-Dimensional Hubbard Model ", JPS Conf. Proc. 3 013003 (2014).
(arXiv:1404.2995)

○ T.Watanabe, H.Yokoyama, M.Ogata: "Superconductivity and Non-Fermi-
Liquid Metal in Carrier-Doped Triangular Hubbard Model ", JPS Conf. Proc.
3, 013004 (2014).

○ H.Yokoyama, S.Tamura, M.Ogata: "Effect of Diagonal Hopping on Staggered
Flux State in Square-Lattice Hubbard Model ", JPS Conf. Proc. 3, 012029
(2014).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Superconductivity and phase separation in
extended Hubbard model ", Phys. Proc. 58 (2014) 22.

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Spin-current state in anisotropic triangular
Heisenberg model ", Phys. Proc. 58 (2014) 10.

○ H.Yokoyama, S.Tamura, T.Watanabe, K.Kobayashi, M.Ogata: "Stability
of staggered flux state for anisotropic triangular lattice", Phys. Proc. 58
(2014) 14.

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Stability of staggered flux state in d-p model
studied using variational Monte Carlo method. ", Phys. Proc. 65, 1 (2015).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Effects of weak intersite repulsion and
negative diagonal transfer on superconductivity and antiferromagnetism in
Hubbard model ", Phys. Proc. 65, 9 (2015).

○ Y.Toga, H.Yokoyama: "Variational study on loop currents in Bose Hubbard
model with staggered flux.", Phys. Proc. 65, 29 (2015).

○ H.Yokoyama, R.Sato, S.Tamura, M.Ogata: "Effects of diagonal hopping on
stability of antiferromagnetic state", Phys. Proc. 65, 17 (2015).

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Drude and Superconducting Weights and Mott
Transitions in Variation Theory, J. Phys. Soc. Jpn. 84, 064707 (2015).
(arXiv:1502.04799). * この論文は JPSJ の Editors' Choice に選ばれました。

○ 横山 寿敏, 田村 駿，栂 裕太: "モット転移とその周辺の物理---多体変分法の視点から---
(その1)"，「固体物理」（アグネ技術センター）, 51 (No.3), 161 (2016).
　【 訂正があります (Eratta) 】

○ 横山 寿敏, 田村 駿，栂 裕太: "モット転移とその周辺の物理---多体変分法の視点から---
（その2：最終回）"，「固体物理」（アグネ技術センター）, 51 (No.4), 237 (2016).

○ S.Tamura, H.Yokoyama: "Variational Study of Magnetic Ordered State
in d-p Model", Phys. Proc. 81, 5 (2016).

○ Y.Toga, H.Yokoyama: "Loop-Current and Antiferromagnetic States in
Fermionic Hubbard Model with Staggered Flux at Half Filling", Phys. Proc.
81, 13 (2016).
(ArXiv:1511.04225)

○ R.Sato, H.Yokoyama: "Band-Renormalization Effect in Coexistent State
of d-wave Superconducting and Antiferromagnetic Orders for Hubbard
Model", Physica C 530, 5 (2016).

○ K.Kobayashi, R.Sato, H.Yokoyama: "Band-Renormalization Effect on
Relationship between Superconductivity and Antiferromagnetism in t-J
Model", Phys. Proc. 81, 1 (2016).

○ H.Yokoyama, R.Sato, K.Kobayashi: "Predominance of Antiferromagnetism
in Two-Dimensional Underdoped Hubbard Model", Phys. Proc. 81, 9 (2016).

○ R.Sato, H.Yokoyama: "Band-Renormalization Effect and Predominant
Antiferromagnetism in Two-Dimensional Underdoped Hubbard Model",
J. Phys. Soc. Jpn. 85, 074701 (2016). (ArXiv:1605.04514)
【Preprint ---high resolution---】

○ H.Yokoyama, S.Tamura, M.Ogata: "Staggered Flux State in Two-
Dimensional Hubbard models", J. Phys. Soc. Jpn. 85, 124707 (2016).
 (arXiv:1610.04818)
【Preprint ---high resolution---】

○ R.Sato, H.Yokoyama: "Band-renormalization effects on antiferromagnetism
and d-wave superconductivity in two-dimensional t-J model", J. Phys.
Conf. Ser. 871, 012014 (2017).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Interplay between staggered flux and
d-wave superconducting states in Hubbard Model", J. Phys. Conf. Ser.
871, 012031 (2017).

○ H.Yokoyama, R.Sato, K.Kobayashi: "Effect of impurity potentials on
antiferromagnetism in two-dimensional Hubbard model", J. Phys. Conf.
Ser. 871, 012032 (2017).

○ R.Sato, H.Yokoyama: "Interhole correlation and Phase Separation in
t-J model ", J. Phys. Conf. Ser. 1054, 012015 (2018).
○ K.Kobayashi, H.Yokoyama, Y.Toga: "Interplay between staggered flux
and d-wave superconducting orders in t-t'-J model ", J. Phys. Conf. Ser.
1054, 012016 (2018).

○ H.Yokoyama, R.Sato, K.Kobayashi: "Impurity-induced Mott transitions
in partially filled antiferromagnetic states", J. Phys. Conf. Ser. 1054,
012014 (2018).

○ R.Sato, H.Yokoyama: "Band-Renormalization Effects on Superconductivity
and Antiferromagnetism in Two-Dimensional t-J Model", J. Phys. Soc. Jpn.
87, 114003 (2018). (ArXiv:****.****)
【Preprint ---high resolution---】

○ R.Sato, H.Yokoyama: "Impurity effects on d_x2-y2-wave superconducting
state in strongly correlated Hubbard model", J. Phys. Conf. Ser. 1293,
012029 (2019).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Relationship between superconductiviry and
anisotropy in two-dimensional Hubbard model ", J. Phys. Conf. Ser. 1293,
012025 (2019).

○ H.Yokoyama, R.Sato, K.Kobayashi: "Impurity induced insulator-to-metal
transitions in half-filled Mott insulators", J. Phys. Conf. Ser. 1293,
012024 (2019).

○ H.Yokoyama, R.Sato, K.Kobayashi, T.Watanabe, M.Ogata: "Metallization
of Mott Insulators through Percolation in Partially Filled Impurity
Hubbard Model", to be published in JPS Conf. Proc. (2020).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Pomeranchuk Instability in Strongly
Correlated Hubbard Model ", to be published in JPS Conf. Proc. (2020).

○ T.Watanabe, H.Yokoyama, K.Kobayashi: "Impurity Effect on Magnetism
and Mott Transitions in Hubbard Model on Anisotropic Triangular Lattice",
to be published in JPS Conf. Proc. (2020).

○ K.Kobayashi, H.Yokoyama: "Possibility of Pomeranchuk instability in
staggered flux state ", to be published in J. Phys. Conf. Ser. (2020).

○ H.Yokoyama, K.Kobayashi, T.Watanabe, M.Ogata: "Insulator-to-
superconductor transition by exciting half-filled d-wave pairing state
beyond Mott gap", to be published in J. Phys. Conf. Ser. (2020).


【PRIVATE】

最終更新日, 2020 年 03 月 03 日.