量子スピン液晶相の探索と物性の解明

• Project/Area Number: 24740225
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 進藤 龍一 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特任助教 (60571932)
• Project Period (FY): 2012
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2012: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 量子スピン液晶相 / director波 / 核磁気緩和率 / 有機導体 / 固体ヘリウム3の核磁性 / 量子スピン液体相 / 変分モンテカルロ法 / large-N展開法

Research Abstract

本年度(最終年度)は、正方格子上フラストレート強磁性体での中間結合領域に見出されているd-波的な量子スピン液晶状態の平均場理論を基にして、そこでの核磁気縦緩和率の低温での温度依存性を決定した。そこでは、ギャップレスのスピノンの個別励起が存在しないために、directorの揺らぎに対応するギャップレスのdirector波励起が、低温での核スピンの緩和に支配的な寄与をもたらす。ギャップレスの集団励起の核磁気緩和率への寄与として、直接過程とラマン過程が考えられる。通常の磁性体では、弱い磁気異方性の為に、直接過程はエネルギー的に禁制である。そこで、ラマン過程のみを考慮した。量子スピン液晶状態の平均場まわりからの揺らぎを系統的に取り込む方法としてlarge-N展開を採用すると、ラマン過程は、2-100pの寄与から取り込まれる。本研究では、動的スピンスピン相関関数の、2-loopの寄与の中でも特に、低温で支配的になる項の形を、director波の対称性を考慮して決定した。その表式に基づき、NMRの1/T1の低温での温度のべき乗則を評価し、1/T1～T^{2d-1}という結果を得た(ただしdは実効的な空間次元で、今は二次元以上を考えているのでd≧2)。このべき乗則は、強磁性体や反強磁性体での低温での1/Tlの温度のべき乗則(1/T1～T^{2d-3})と比べると、明瞭な違いがある。この違いは、スピン液晶相のdirector波が時間反転対称操作に対して偶であるのに対して、(反)強磁性体のスピン波が時間反転対称性に対して奇であることに起因する。この意味で、核磁気縦緩和率の低温での振舞いは、スピン液晶相を同定する有力な実験手法であると言える。また、X[Pd(dmit)2]2(X=EtMe3Sb)での低温相で実験的に見出されている1/T1～T^2の振舞いと整合していないことから、これらの有機系で、量子スピン液晶相が実現している場合には、少なくとも、ギャップレスのスピノンの個別励起などが存在していることが期待される。

Research Products

• [Presentation] A theory of quantum spin nematic phase in a frustrated quantum magnet (2012)
  • Author(s): 進藤龍一
  • Organizer: IAS program 'topological materials and Strongly correlated electron systems'
  • Place of Presentation: HKUST, Institute of Advanced Study, Hong-Kong, China(招待講演)
  • Year and Date: 2012-12-18
• [Presentation] 双極子相互作用のある強磁性結晶におけるトポロジカルスピン波端状態の理論 (2012)
  • Author(s): 進藤龍一
  • Organizer: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] トポロジカルスピン波端状態に対する数値解析 (2012)
  • Author(s): 大江純一郎
  • Organizer: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Chiral spin-wave edge mode in a topological magnonic crystal (2012)
  • Author(s): 進藤龍一
  • Organizer: Advanced program on 'quantum condensation 2012'
  • Place of Presentation: POSTECH, Pohang, Korea(招待講演)
  • Year and Date: 2012-08-22