Deformation of SU(4) singlet spin-orbital state due to Hund's rule coupling

フント結合によるSU(4)シングレットスピン軌道状態の変化

大西 弘明  ; 堀田 貴嗣

Onishi, Hiroaki; Hotta, Takashi

スピン及び軌道自由度を含むSU(4)ハバード模型に対するフント結合の効果を明らかにするために、クォーターフィリングの場合の強結合極限での有効スピン軌道模型を導出して、密度行列繰り込み群法によって解析した。まず、フント結合がゼロの場合は、SU(4)シングレット基底状態を取るため、スピン相関と軌道相関は一致して波数=にピークを持つが、フント結合を大きくしていくと、基底状態はスピンシングレット/軌道シングレットへと変化し、=のスピン相関と=の軌道相関が増強され、軌道相関のピーク位置が=へと変化することがわかった。さらに、軌道ダイマー化がスピンダイマー化に比べて顕著となり、スピンギャップは非常に小さいまま、大きな軌道ギャップが形成される様相を明らかにした。

We investigate the ground-state property and the excitation gap of a one-dimensional spin-orbital model which is an effective model in the strong-coupling limit of a two-orbital Hubbard model at quarter filling, by using a density-matrix renormalization group method. When the Hund's rule coupling is zero, spin and orbital correlations coincide with each other with a peak at =, corresponding to the SU(4) singlet state. With increasing , the peak position of orbital correlation changes to =, while that of spin correlation remains at =. In addition, orbital dimer correlation becomes robust in comparison with spin dimer correlation, suggesting that quantum orbital fluctuation is enhanced by the Hund's rule coupling. Accordingly, a relatively large orbital gap opens in comparison with a spin gap, and the system is described by an effective spin system on the background of the orbital dimer state.