| Project/Area Number |
23K03331
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
大西 弘明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (10354903)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | スピン液晶 / 共鳴非弾性X線散乱 / 数値計算 / 密度行列繰り込み群 |
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| Outline of Research at the Start |
スピン液晶は、スピンの二次のテンソル積で表されるスピン四極子の秩序を持つ新奇な磁気状態として注目されている。しかし、スピン四極子を直接検出することが難しく、スピン液晶の直接的証拠を見出す手段を確立することが重要課題である。一方、高輝度放射光を用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による固体の電子状態の研究が活発化している。特に近年のエネルギー分解能向上により、エネルギースケールが小さい量子スピン系の低エネルギー励起構造の精密測定も視野に入りつつある。本研究では、これまで行ってきたスピン液晶の磁気励起に関する研究をRIXSの研究に発展させ、スピン四極子励起をRIXSで直接検出する方法を究明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン液晶は、スピン秩序は無いものの、スピンの二次のテンソル積で表されるスピン四極子の秩序を持つ新奇な磁気状態として注目され近年活発に研究されている。スピン液晶の直接証拠となる四極子励起は、従来の磁性実験手法では観測困難であったが、本研究ではこれを共鳴非弾性X線散乱(Resonant Inelastic X-ray Scattering, RIXS)で観測できる可能性に着目している。スピン液晶の候補物質であるLiCuVO4の酸素K吸収端RIXS実験との比較を念頭に置いて、スピン励起スペクトルと四極子励起スペクトルの密度行列繰り込み群(Density-Matrix Renormalization Group, DMRG)計算、および酸素K吸収端RIXSスペクトルの数値対角化計算を遂行した。ゼロ磁場でのスピン励起スペクトルは、des Cloizeaux-Pearsonモードが折り畳まれた強度分布を持ち、運動量pi近傍に強度は生じないが、四極子励起スペクトルは、運動量pi近傍で幅広いエネルギー領域に連続励起が広がっている。一方、酸素K吸収端RIXSスペクトルは、四極子励起スペクトルと対応する運動量pi近傍に強度が生じることが分かった。このことは、四極子励起がRIXSスペクトルに寄与することを示唆している。
また、スピン四極子が関与するRIXSを視覚的に捉えるアプローチとして、マグノン対の波束の実時間ダイナミクスを時間依存DMRGを用いて解析した。波束の平均運動量や磁場などのパラメータ依存性を系統的に調べた。四極子励起スペクトルが運動量piで平坦な分散関係を持つ飽和磁場近傍では、運動量piを持つマグノン対波束は伝搬速度がゼロになるため、初期位置に留まる振る舞いを示すことが分かった。
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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
数値対角化により酸素K吸収端RIXSスペクトルを解析して、運動量・エネルギー空間での強度分布の特徴を捉えることに成功し、四極子励起がRIXSスペクトルに寄与することを示唆する結果を得た。これらの結果について、国際会議や物理学会で成果発表を行なった。
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| Strategy for Future Research Activity |
DMRGの枠組みでRIXSスペクトルを解析する計算コードを開発して、有限サイズ効果を排除した大規模系の計算を実行する。この解析により、RIXSスペクトルにおいて四極子励起が支配的になる条件を解明し、スピン液晶を特徴付ける四極子の励起をRIXSで直接検出するための処方箋を与えることを目指す。
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