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Exploration of novel quantum many-body states induced by frustration and randomness

Research Project

Project/Area Number 19K03664
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

HIKIHARA Toshiya  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (00373358)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsランダム量子スピン系 / フラストレート量子スピン系 / テンソルネットワーク / 実空間繰り込み群法 / ランダムスピン系
Outline of Research at the Start

スピン間相互作用が競合(フラストレート)した二次元ランダム量子スピン系における新奇量子無秩序状態について研究する。実空間繰り込み群アルゴリズムに量子情報論的概念を援用した改良を施すことで、この系の高精度解析を可能とする数値計算手法を確立する。そして、その手法を用いて、この系を数値的に調べることで、新奇量子無秩序状態の特性を明らかにし、その状態の物理的描像、および、状態を記述する低エネルギー有効理論を確立する。

Outline of Final Research Achievements

We have developed a numerical method for a highly-accurate analysis of random quantum spin systems with competing (frustrated) exchange interactions. We have established an algorithm to obtain the accurate ground-state wave function using the properties of energy spectrum and quantum entanglement of the systems. We have also studied a novel quantum state in frustrated random quantum spin systems. It has been found that the novel quantum state emerges even in one-dimensional systems. Various properties of the state and its microscopic picture have also been clarified.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フラストレート・ランダム量子スピン系の研究は、その系を精度よく解析できる手法がないという制約のため、その進展が阻害されていた。本研究で開発された数値計算法は、そのフラストレート・ランダム量子スピン系の高精度解析を可能とするものであり、当該分野の研究を大きく進展させるものと期待される。また、本研究で行った、一次元フラストレート・ランダム量子スピン系における新奇量子状態の特性解明は、このフラストレーションとランダムネスにより誘起される状態のもつ普遍的性質を明らかにする結果として、大きな意義をもつものである。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD-EMFL)/Max-Planck-Institut/TU Dresden(ドイツ)

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      Hikihara Toshiya、Ueda Hiroshi、Okunishi Kouichi、Harada Kenji、Nishino Tomotoshi
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 013031-013031

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.013031

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      Seki Kouichi、Hikihara Toshiya、Okunishi Kouichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 13

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.134405

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    • Author(s)
      Uematsu Kazuki、Hikihara Toshiya、Kawamura Hikaru
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Issue: 12 Pages: 124703-124703

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.124703

    • NAID

      210000159445

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    • Author(s)
      A. Miyata, T. Hikihara, S. Furukawa, R. K. Kremer, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 1 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.014411

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  • [Journal Article] Tensor-network strong-disorder renormalization groups for random quantum spin systems in two dimensions2020

    • Author(s)
      Kouichi Seki, Toshiya Hikihara, and Kouichi Okunishi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 102 Issue: 14 Pages: 144439-144439

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.144439

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      T. Hikihara, A. Miyata, S. Furukawa, R. K. Kremer, S. Zherlitsyn, and J. Wosnitza
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      上松和樹, 引原俊哉, 川村光
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Magnetostriction of the quasi-one-dimensional frustrated spin-1/2 magnet LiCuVO42020

    • Author(s)
      T. Hikihara, A. Miyata, S. Furukawa, R. K. Kremer, S. Zherlitsyn, and J. Wosnitza
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      令和2年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
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  • [Presentation] 実空間繰り込み群法の改良と二次元ランダム量子スピン系への適用2019

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      関孝一, 引原俊哉, 奥西巧一
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
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  • [Remarks] 個人Webページ

    • URL

      https://www.sci.st.gunma-u.ac.jp/%7Ehikihara/

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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