低次元磁性体における新しいタイプの量子揺動の探求-数値・解析両面からのアプローチ-

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09740286
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 山本 昌司 岡山大学, 理学部, 助教授 (90252551)
• Keywords: 低次元磁性体 / 量子揺動 / 量子モンテカルロ法 / g-matrix / スピン波理論

Research Abstract

低次元磁性体の低温量子物性を量子揺動の探求という微視的立場から解明するにあたり,初年度は方法論の整備を重点的に行う予定であったが,研究は順調に進行し,興味深い現象が次々と明かになり,既に有為な成果が出始めている.
方法論的な観点からは、量子モンテカルロ法のプログラムを整備する一方,g-matrix解析変分法の定式化も行い,後者も既に,計算機上での効率的な運用が可能となっている.またフェリ磁性体の研究を進める中で,スピン波理論を発展させた.これは,グランド・カノニカル集団の考え方を応用してボゾンの数を制御するというもので,スピン波により,低温のみならず幅広い温度領域の熱力学を記述しようという試みである.このように,低次元量子多体系の新しい研究手法の開拓という広い視野のもと,ユニークな議論を展開している.
一方現象面では,ハルデイン磁性体およびフェリ磁性体において,そのユニークな量子物性の発現機構が明らかになりつつある.非磁性でユニークな基底状態からの励起にギャップがあるというハルデイン現象は,nonlocalなストリング秩序によって特徴づけられるが,この秩序が量子揺動によって崩壊する機構を,数値・解析両面から視覚化することに成功した.クラキオンと呼ばれる局在量子欠陥の対揺動が明らかにされたことは,特筆に値する.またフェリ磁性体では,性格を異にする2つの素励起モードが存在することを解明した.この成果は,日本物理学会秋の分科会(神戸大学)における特別講演で速報した.さらにこれら2つの素励起はそれぞれ,低温域・中温域で有為な物性への寄与を見せ,強磁性・反強磁性クロスオーバーともいえる,興味深い現象を醸し出すことも明らかにしつつある.現在熱力学量や磁化曲線の計算を精力的に行っており,今後さらに定量的解析を進める予定である.
スピン相関のみならずスピン・格子相互作用まで視野に入れ,研究は多様性を帯びながら進行している.2年度目のさらなる発展が期待される.

Research Products

• [Publications] S.Brehmer, H.-J.Mikeska, S.Yamamoto: "Low-Temperature Properties of Quantum Antiferromagnetic Chains with Alternating Spins S=1 and S=1/2" Journal of Physics:Condensed Matter. 9・19. 3921-3930 (1997)
• [Publications] S.Yamamoto: "An Efficient Monte Carlo Approach to Low-Lying Excitations of Quantum Spin Chains" International Journal of Modern Physics C. 8・3. 609-634 (1997)
• [Publications] S.Yamamoto, S.Miyashita: "Low-Lying Excitations in the S=1 Antiferromagnetic Heisenberg Chain" Phyics Letters A. 235・5. 545-550 (1997)
• [Publications] S.Yamamoto, S.Brehmer, H.-J.Mikeska: "Elementary Excitations of Heisenberg Ferrimagnetic Spin Chains" Physical Review B. (掲載予定). (1998)