2019 Fiscal Year Annual Research Report
二次元フラストレート量子スピン系における磁場誘起トポロジカル相転移の理論
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17H02926
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
宮原 慎 福岡大学, 理学部, 教授 (90365015)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 信夫 青山学院大学, 理工学部, 教授 (00238669)
丸山 勲 福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (20422339)
上田 宏 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (40632758)
山本 大輔 青山学院大学, 理工学部, 助教 (80603505)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 磁性 / 量子スピン系 / 磁化プラトー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フラストレーションのある量子スピン系のスピンギャップをもつ磁化プラトー相(磁化の平坦領域)の量子状態に着目し、トポロジカルな視点からその性質を明らかにし、プラトーと非プラトー相間のトポロジカルな量子相転移の起源を理解することを目指し研究を行った。フラストレーションのある量子スピン系では、スピン間のエネルギー最適化の条件が競合し、系がそれらの条件を同時に満たせないため長距離秩序をもつ磁気秩序状態が抑制され、特異な揺らぎによる新規物性が出現することが期待されている。
今年度は、直交ダイマー系を中心とした量子スピン状態のベリー位相による識別、異方的三角格子物質 CsCuBr4 で実現する磁化プラトー相の解明および二次元系のトポロジカル相転移の同定のための数値的手法開発を目指し研究を行い次のよう成果を得た。
(1) 二次元直交ダイマー系および整数スピンの一次元鎖で実現するスピンギャップ相においてベリー位相を計算し, ベリー位相が様々な量子スピン系におけるスピンギャップ相の識別およびトポロジカルな量子相転移の判別に有効となることを明らかにした。また, 電場活性なスピンギャップ励起に着目し、トポロジカルな量子相の励起状態の観測手段を理論的に提唱した。
(2) 三角格子系物質 CsCuBr4 に対応するハイゼンベルク模型において、DMRG法、スピン波計算、厳密対角化法を複合的に行うことで、磁化プラトーでの量子スピン状態を明らかにした。新規磁化プラトー構造による実験結果の解析を継続して行っており、CsCuBr4のおける新規磁化プラトー相の提言につながることが期待される。
(3) 二次元系トポロジカルあるいは非自明な相転移の同定を精密に行うための数値的手法開発に成功した。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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