2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on frustrated quantum spin systems by tensor network method
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15K17701
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大久保 毅 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任講師 (00514051)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | テンソルネットワーク / フラストレーション / 磁性体 / 相転移 / スピン液体 / スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に、スピン軌道相互作用の強いハニカム格子物質の基底状態解明を念頭とした研究を行った。これまで、テンソル積状態（TPS）を虚時間発展により最適化する場合、得られる最終状態が初期状態に強く依存する場合があることが知られており、特に、対象とする物質で期待されるキタエフスピン液体状態を、ランダムな初期状態からの虚時間発展で求めることは非常に困難であった。我々は、キタエフスピン液体状態に非常に近い波動関数をテンソルのボンド次元DがD=2の場合に構成し、かつ、ボンド次元を上げることで系統的にその精度が改善できることを示した。この状態を初期状態とした虚時間発展により、より複雑な状況での基底状態を計算した結果、Na2IrO3の第一原理ハミルトニアンにおいて、格子定数の増大でスピン液体が安定化すること示した。さらに、α-RuCl3の有効模型であるキタエフ・ガンマ模型において、スピン液体の安定領域をより精度よく見積もることにも成功した。
また、TPSの最適化問題を根本的に解決するため、変分最適化と呼ばれる、虚時間発展に代わる方法の導入とその有効性の検証を行った。その結果、変分最適化を用いることで、虚時間発展では初期状態依存性が顕著だったキタエフスピン液体をランダムな初期状態からでも安定して再現できることを確認した。さらに、相互作用にその他のフラストレーションがある場合においても、虚時間発展よりも変分最適化の方が初期状態依存性が小さく、よりエネルギーの低い波動関数を与えることを明らかにした。
本研究課題では、研究期間全体を通してTPSを変分波動関数として用いるテンソルネットワーク変分法の手法の精緻化を積み重ね、カゴメ格子磁性体、キタエフ物質、および、種々のフラストレート磁性体の基底状態を解明した。これらにより、テンソルネットワーク法の有用性が確立でき、今後、種々の磁性体研究に応用できる状況が築けた。
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Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Field-enhanced quantum fluctuation in an S=12 frustrated square lattice2018
Author(s)
H. Yamaguchi, Y. Sasaki, T. Okubo, M. Yoshida, T. Kida, M. Hagiwara, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, M. Takigawa, Y. Iwasaki, and Y. Hosokoshi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 98
Pages: 094402-1-6
DOI
Peer Reviewed
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