2017 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study on three-component repulsive fermionic atoms in optical lattices as quantum simulator
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15K05232
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
菅 誠一郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (40206389)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子シミュレータ / ３成分斥力冷却原子 / 斥力誘起s波超流動 / キタエフスピン液体 / マヨラナフェルミ粒子 / 蜂の巣格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、蜂の巣光格子上の冷却原子系でキタエフモデルを実現する機構が提案された事、及び蜂の巣格子遷移金属磁性体RuCl3がキタエフスピン液体(KSL)の候補物質と指摘された事に刺激され、RuCl3の非弾性中性子散乱と比熱の実験結果を解析した。RuCl3はKSL相近傍のジグザグ反強磁性相にあると考えられている。まずRuCl3の有効モデルを現象論的に導出し、そのモデルを使って未解明だったこれらの実験を定量的にも説明した。更に、その有効モデルを用いてRuCl3のラマンスペクトル、及び磁場中光学吸収スペクトルの実験結果も説明した。この研究により、RuCl3の連続励起スペクトルはマヨラナ励起に起因し、有効モデルにおけるキタエフ相互作用は第一原理計算値より数倍大きい事を明らかにした。次にキタエフ・ハイゼンベルグモデルを用いて、KSL相近傍のジグザグ反強磁性相における磁気励起スペクトルを摂動クラスター展開で調べた。その結果、系がKSL相に近づくにつれ、励起の分散曲線は励起エネルギーを減少させながらフラットになる事を明らかにした。この励起モードは、純粋なキタエフモデルの動的スピン構造因子の振る舞いを反映していると考えられる。
本研究ではまず、光格子中の３成分内部自由度を持つ斥力フェルミ原子系が示す超流動のクーパーペア対称性を調べ、３種類の斥力の内の２種類が他より強い(弱い)場合は拡張s波(d_{x2-y2}波)が現れる事を明らかにした。この結果は、光格子中の３成分6Li原子系が、斥力を制御する事でクーパーペア対称性を制御可能な量子シミュレータである事を意味する。また、U系化合物における斥力誘起s波超伝導の起源を解明する上でも重要である。蜂の巣格子遷移金属磁性体RuCl3に対する研究成果は、蜂の巣光格子上の冷却原子系でKSLを実現しマヨラナ励起モードを調べるための基礎的知見として重要である。
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