量子スピン液体における磁場励起ダイナミクスと輸送現象に関する数値的研究
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19K14645
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
井戸 康太 東京大学, 物性研究所, 助教 (50827251)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | トポロジカル状態 / 量子スピン液体 / 数値計算 / 変分モンテカルロ法 / スピン伝導 / スピン液体 / 磁性 / 物性理論 / 動的構造因子 |
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| Outline of Research at the Start |
トポロジカル量子計算への応用が期待されているマヨラナ粒子が発現する状態として、Kitaev模型における量子スピン液体が注目を集めている。このKitaevスピン液体を実現しマヨラナ粒子を制御する目的で、Kitaev候補物質の磁場応答や他物質との接合系に関する研究が急速に進展している。このような状況の中、Kitaev候補物質に関する理論研究は、新奇現象の予測や実験結果の解釈を行う上で重要な役割を果たすと期待されている。本研究では、大きな空間サイズを高精度に取り扱える変分モンテカルロ法を開発・適用することで、Kitaev候補物質の有効模型における磁場励起ダイナミクスと輸送特性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
変分モンテカルロ法を用いた拡張Kitaev模型における磁化過程の解析を進めた。これまで実施した研究では、Jordan-Wigner フェルミオンを導入した試行波動関数による高精度な解析を行ったが、その適用範囲には限界があった。本年度は、量子スピン系を柔軟に解析することができる、従来から用いられてきたスピノン波動関数を用いた解析を行った。試行波動関数の初期状態や境界条件・副格子の情報を工夫することで、スピノン波動関数でもKitaevスピン液体を高精度に表現できることを、厳密対角化法による結果と比較することで数値的に示した。
また、トポロジカル状態を特徴づける多体トポロジカル数を変分モンテカルロ法で測定できるよう手法・コード拡張をおこなった。幾何学的フラストレーションのある近藤格子模型などで実現することが先行研究で指摘されている非共面な磁気秩序を有する絶縁体に本手法を適用した結果、期待されていたように多体Chern数が1である多体トポロジカル状態であることを示せた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
より柔軟性・拡張性の高いスピノン波動関数で拡張Kitaev模型の高精度な解析を行えることを、数値的に明らかにできた。また、変分モンテカルロ法に基づいた多体トポロジカル数の測定機能は汎用性が高いため、今後様々な強相関系における多体トポロジカル状態の解析への適用が期待される。そのため、「おおむね順調に進展している」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、拡張Kitaev模型などの強相関系で発現する量子スピン液体の解析を進める。また、多体トポロジカル数の測定機能をオープンソースソフトウェアであるmVMCに実装し、公開することを目指す。
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Report
(4 results)
Research Products
(24 results)
