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強相関系の理論物質科学 - 新規量子現象の解明と創出
 強く相互作用し合う多くの粒子から構成されたシステムを「強相関系」といいます.ある種の物質中では,電子同士がお互いに強いクーロン反発力を感じながら運動することによって強相関系が実現しています.そこでは,通常の金属や半導体とは大きく異なり,電子が自由に動き回れなくなったり,時には全く身動きがとれなくなったりします.こうした状況では,自由な電子には見られない多彩な「顔」が,想像もつかないような形で物質の性質に現れます.


 我々の研究室では,こうした「強相関電子系」が示す不思議な性質に関する理論的な研究を行っています.強相関電子系の性質を解き明かす研究は,量子力学に従って運動するアボガドロ数程度の電子を相手にしなければならない「量子多体問題」と呼ばれる超難問です.現在我々が手にしているテクノロジーでは,電子全ての運動を完全に調べ上げることは不可能です.そこで量子力学と統計力学,それに最先端の理論,急速に進化し続けるコンピュータと数値計算アルゴリズムを駆使して,この超難問に立ち向かっています.
 物理としての純粋な面白さを追求することはもちろんのこと,強相関の物理に基づいた将来のエレクトロニクスや量子情報といった応用に役立つ可能性を秘めた基礎学理の確立もを目指しています.現実の物質に密接に寄りそった研究を進め,各物質の個性を系統的に理解することを通じて,強相関電子系に現れる量子多体問題の普遍性を解明していくことが研究の目標です.さらに,そうした理解を通じて,新物質のデザインや新物性の予測を行うことにより,物質科学の新しい地平を切り拓くことも目指しています.
 
 研究対象は,d電子が主役となる遷移金属を含む化合物や,f電子が主役の希土類化合物,有機分子をユニットとした分子性導体,と広い範囲にわたっています.固定観念にとらわれず,面白い問題を発掘して,それらにどん欲に取り組んでいます.主な研究手法は,現実の物質に即した第一原理計算,現象の本質を捉えた理論モデルの構築,それに対する数値シミュレーションと解析的な計算といった相補的な理論手法を有機的に組み合わせたアプローチです.既存の手法で対応できない場合には,新しい計算手法や数値計算アルゴリズムの開発にも取り組みます.