2018 Fiscal Year Annual Research Report
Randomness-Induced Magnetic Order in the System with the Spin-Phonon Interaction
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16K05479
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
安田 千寿 琉球大学, 理学部, 准教授 (20398564)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 聡 和歌山工業高等専門学校, 総合教育科, 教授 (10256662)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ランダム量子スピン系 / スピンパイエルス / 格子の自由度 / フォノン / 反強磁性長距離秩序 / 量子モンテカルロ法 / 不純物 / 多スピン交換模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低温で格子が交互に歪むために非磁性な状態が実現するスピンパイエルス物質に非磁性不純物をドープすると、反強磁性長距離秩序が発現する。この発現機構は、格子の自由度と結合した一次元鎖が弱い鎖間相互作用で結合した二次元スピン1/2反強磁性ハイゼンベルク模型により調べられているが、有効スピンと呼ばれる希釈誘起磁気モーメントの位置が実験と理論では異なる結果になる問題がある。有効スピンは、理論的には希釈サイト近傍に、実験的には希釈サイトの間に誘起する。
本研究課題において、この模型におけるサイト希釈効果を解析的に調べた結果、有効スピンの位置のパラメータ依存性と有効スピンが希釈サイト近傍ではない場所に誘起する場合でも反強磁性長距離秩序が誘起することが確認された。この結果により、実験と理論の結果の一致が得られた。さらに、有効スピンが希釈サイト近傍にない場合の磁化の値のほうが、有効スピンが希釈サイト近傍に誘起する場合に比べて小さいことが分かった。その原因は有効スピン間の有効相互作用を担うダイマーが量子力学的揺らぎにより揺らいでいることにある。これらの研究結果により、スピンパイエルス物質における不純物誘起反強磁性長距離秩序の発現機構がより具体的に明らかになった。
一方、格子の自由度をフォノンとして取り入れる研究において、フォノンの自由度をトレースアウトした有効ハミルトニアンには、多スピン交換相互作用が含まれる。多スピン交換相互作用で表される系として代表的な物質は固体ヘリウムであり、量子スピン液体の実現などに関連して興味がもたれている。本研究課題では、多スピン交換相互作用をもつ系を分子場近似とスピン波理論により調べた。その結果、多様な古典的基底状態の存在とその一つである四面体構造相が量子揺らぎに対して安定であることが明らかになった。
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