2020 Fiscal Year Annual Research Report
Perturbative analysis from the integrable limits on the dynamics of fractional excitations in quantum spin liquids
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16H04026
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| Research Institution | Gakushuin University |
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Principal Investigator |
宇田川 将文 学習院大学, 理学部, 教授 (80431790)
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2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Kitaevスピン液体 / マヨラナゼロモード / 量子スピン液体 / 厳密解 / 近藤効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度に導出したKitaevスピン液体の動的相関関数の厳密解を応用し、同模型のカイラルスピン液体相におけるホールグリーン関数の導出を行なった。ホールグリーン関数から得られる状態密度は走査型トンネル顕微鏡(STM)の微分コンダクタンスに関連づけることができ、例えばカイラルスピン液体が実現している候補物質であるalpha-RuCl3において観測することができる。顕著な成果として、カイラルスピン液体状態でマヨラナゼロモードを伴う非可換エニオン励起が存在している場合には状態密度はエネルギーの関数として2重ピーク構造を示し、励起が存在しない場合の単一ピーク構造とは定性的に異なる振る舞いを見せることを示した。マヨラナゼロモードは一般に局所観測量と結合しないことがqubitとして応用する際の長所を与えるが、一方でその特長は観測の困難を示唆する。本研究で得られたホール状態密度の解析結果は、一般に観測困難なマヨラナゼロモードに対して、STMが有効な局所的観測手段を与えるものとして今後大きな意味を持つ成果と考えられる。
また、この微分コンダクタンスを通じたマヨラナゼロモードの新しい観測法の提案に加え、STMによる非可換エニオン励起の実空間操作を念頭に置いた解析を行なった。STM探針とシステムとの電位差を調節することにより、探針の自由電子と非可換エニオンの相互作用が実行的に近藤効果を引き起こす領域が存在することを見出し、近藤効果による安定化を利用して断熱的にエニオンの位置を制御する提案を行なった。
また本年はKitaevスピン液体の動的相関関数の厳密解の導出法について、数学的な詳細や数値的に計算を実行する際のノウハウ、ベンチマーク等を含めた詳細な招待レビューを著した。今後、この手法を適用する研究グループに有益な情報となると期待する。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
2020年度日本物理学会秋季大会での発表「金属有機錯体表面における酸素吸着に誘起された磁気競合効果と2次元古典スピン液体形成」で筆頭著者の加藤将貴氏が学生優秀発表賞を受賞した。
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