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2次元量子結晶における超固体状態の研究

Research Project

Project/Area Number 09J08714
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics/Chemical physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

高吉 慎太郎  東京大学, 物性研究所, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords低次元量子系 / ボソン化 / スピン鎖 / 量子相転移 / ヘリウム / 原子気体 / 低次元系 / 磁性
Research Abstract

次近接相互作用のあるダイマー化ハイゼンベルグスピン鎖は、現実の1次元磁性体を記述するために重要な模型である。この模型はダイマー度を変化させたとき、相転移が起こるが、転移点付近ではサイン-ゴルドン模型にマージナル項を加えた有効場理論として記述することができる。この系の基本的な励起粒子は、soliton、anti-solitonおよびそれらの束縛状態であるbreatherからなり、最低準位は三重項を形成する。またサイン-ゴルドン理論から二番目に軽いbreatherの質量の三重項に対する比は√3になると予言される。我々はinfinite time-evolving block decimation法を用いて、各励起粒子に対応する演算子の2点相関関数を計算し、求まった相関長から粒子質量を見積もった。その結果、質量比はダイマー度にはあまり依存しないが、次近接相互作用の大きさに強く依存することがわかった。質量比が√3になるのは、次近接項がマージナル項を消すように入っているときであり、そこから外れると質量比はマージナル項による補正を受ける。我々はS=1/2と1の両方の場合について、相図と質量比の振る舞いが同じ場の理論によって統一的に説明できることを示した。またform factorを用いた摂動論と繰り込みの議論を合わせることにより、質量比をダイマー度と次近接項の関数として表す式を導き、それが数値計算の結果と整合的になることも明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は当該研究に関して1件の論文発表があった。また投稿中のものが1編と準備中のものが1編あり、計画していた研究の成果が出つつあると判断できる。場の理論を中心とした解析計算と対角化やinfinite time-evolving block decimationなど数値的な手法を組み合わせて使用するテクニックが非常に有効に活用できており、研究はおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

今までは1次元量子スピン系における基底状態の相分類や励起構造などスタティックな物理に関する研究を進めてきた。今後はクエンチ後の緩和や外場を変化させた場合の系の発展など、量子スピン系のダイナミクスの問題に解析・数値計算の両面から取り組んで生きたい。解析計算は今までに利用していた非線形シグマ模型やサイン・ゴルドン模型などの場の理論の計算が主になると考えられる。数値的にはinfinite time-evolving block decimationの手法を用いた時間発展の計算を行う予定である。特にスピン1のハイゼンベルグ鎖で現れるHaldane相はトポロジカルな相であり、系のトポロジーがダイナミクスにどのような影響を及ぼすかを調べることは非常に重要である

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (17 results)

  • [Journal Article] Single-ion anisotropy in Haldane chains and the form factor of the O(3) nonlinear sigma model2011

    • Author(s)
      Shunsuke C.Furuya, Takafumi Suzuki, Shintaro Takayoshi, Yoshitaka Maeda, Masaki Oshikawa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 84 Issue: 18

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.180410

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spontaneous population imbalance in two-component Bose and Fermi gases2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato, Shunsuke Furukawa
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 81

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coefficients of bosonized dimer operators in spin-1/2 XXZ chains and their applications2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 82

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evidence for a Self-bound Liquid State and the Commensurate-Incommensurate Coexistence in 2D ^3He on Graphite2010

    • Author(s)
      Daisuke Sato
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics 158

      Pages: 201-206

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Density Variation of the Fruatrated Ferromagnetism in 2D Solid ^3He2010

    • Author(s)
      Daisuke Sato
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics 158

      Pages: 544-549

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Determination of the Mosaic Angle Distribution of Grafoil Platelets Using Continuous-Wave NMR Spectra2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics 158

      Pages: 672-677

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ボンド交替と次近接相互作用のあるハイゼンベルクスピン鎖における励起粒子質量比の有効場理論による記述2012

    • Author(s)
      高吉慎太郎, 押川正毅
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学・兵庫
    • Year and Date
      2012-03-24
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Excitation structure of frustrated spin chains with dimerization and the description by the effective field theory2012

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masaki Oshikawa
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts, U.S.A.
    • Year and Date
      2012-02-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 積層三角格子古典ハイゼンベルク反強磁性体における4スピン相互作用の効果2011

    • Author(s)
      高吉慎太郎, 佐藤正寛
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学・富山
    • Year and Date
      2011-09-22
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of four-spin interactions on phase diagram of classical Heisenberg antiferromagnets on stacked triangular lattice under magnetic field2011

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2011)
    • Place of Presentation
      Cambridge, U.K.
    • Year and Date
      2011-09-02
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 4スピン相互作用をもつ積層三角格子古典反強磁性ハイゼンベルグ模型の磁場中相図2011

    • Author(s)
      高吉慎太郎, 佐藤正寛
    • Organizer
      日本物理学会第66回年次大会
    • Place of Presentation
      新潟大学・新潟
    • Year and Date
      2011-03-26
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase Diagram of Classical Heisenberg Antiferromagnets with Four-Spin Interactions on Stacked Triangular Lattice under Magnetic field2011

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting
    • Place of Presentation
      Dallas, Texas, U.S.A.
    • Year and Date
      2011-03-23
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] New phases induced by four-spin interaction in stacked triangular-lattice antiferromagnets in magnetic field2011

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato
    • Organizer
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2011 (NQS2011)
    • Place of Presentation
      京都大学・京都
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Phases induced by four-spin interactions in classical Heisenberg antiferromagnets on stacked triangular lattice under magnetic field2011

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato
    • Organizer
      International Conference on Frustration in Condensed Matter (ICFCM2011)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター・仙台
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] XXZ模型におけるダイマー演算子のボソン化係数の定量的評価法2010

    • Author(s)
      高吉慎太郎, 佐藤正寛
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学・大阪
    • Year and Date
      2010-09-25
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Ferromagnetism induced by strong repulsion in one-dirnensional two-component Bose and Fermi gases2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato, Shunsuke Furukawa
    • Organizer
      International Workshop on Statistical Physics of Quantum Systems
    • Place of Presentation
      東京大学・東京
    • Year and Date
      2010-08-03
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Determination of coefficients of bosonized dimer operators in spin-1/2 antiferromagnetic chains and their application2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi, Masahiro Sato
    • Organizer
      The International Conference on Frustrated Spin Systems, Cold Atoms and Nanomaterials
    • Place of Presentation
      Hanoi, Vietnam
    • Year and Date
      2010-07-15
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 1次元量子反強磁性体におけるダイマー演算子のボソン化係数の決定とその応用2010

    • Author(s)
      高吉慎太郎, 佐藤正寛
    • Organizer
      物性研究所短期研究会:外部場の時間操作と実時間物理現象
    • Place of Presentation
      物性研究所・千葉
    • Year and Date
      2010-06-22
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 1次元スピン1/2冷却原子ガスの強磁性相における相関関数2010

    • Author(s)
      高吉慎太郎
    • Organizer
      日本物理学会2010年年次大会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2010-03-21
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Ferromagnetism in spin-1/2 Bose and Fermi gases confined by elongated potential2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi
    • Organizer
      APS2010 March Meeting
    • Place of Presentation
      アメリカ・ポートランド
    • Year and Date
      2010-03-19
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Ferromagnetic State and Spin Correlation Functions in Spin-1/2 Bose and Fermi gases2010

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi
    • Organizer
      PSM2010
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2010-03-10
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 1次元2成分冷却原子ガスにおけるZ_2対称性の破れと低エネルギー励起構造2009

    • Author(s)
      高吉慎太郎
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2009-09-25
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] The determination of the Grafoil mosaic angle distribution with the continuous wave nuclear magnetic resonance2009

    • Author(s)
      Shintaro Takayoshi
    • Organizer
      QFS2009
    • Place of Presentation
      アメリカ・シカゴ
    • Year and Date
      2009-08-07
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      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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