2017 Fiscal Year Research-status Report
Designing emergent phases based on dimer structure in solids
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17K05533
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
堀田 知佐 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50372909)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁性 / スピンネマティック / BEC / リング交換 / スピンクロスオーバ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２軌道がカップルした系において相互作用を起源とする現象を理論的に解明する目的のもと、本年度は以下の２つの成果を得た。
スピンクロスオーバ錯体を対象に、２つの状態（高スピン、低スピン）をとる錯体ユニットの間の弾性相互作用を導入した弾性モデルを解析した。これは最も現実に近いシンプルなモデルである。錯体が状態に応じて大きな体積変化を起こすことに着目し, 圧力下の２層系においてエンタルピー（体積効果）, エントロピー, エネルギーの兼ね合いから, ごく自然な形でこのような２段転移が起こることを数値的に示した.
本研究計画の主な対象であるダイマーをユニットとしたスピン系において、ダイマー内外のハイゼンベルグ相互作用に加えて、リング交換相互作用を考慮し、厳密対角化および解析計算を用いてその相図を明らかにした（論文投稿中、学会発表済）。相図には、スピンシングレット相のそばに、スピンネマティック相が出現する。スピンネマティック相はこれまで強磁性状態の近傍でしか観測されていなかったが、本研究で新たにこの相を実現する系が提案できたことになる。
この系で重要な役割を果たすリング交換相互作用は、具体的には２軌道ハバードモデルにおける４次までの縮退のある摂動論によって 得られるものである。この相互作用の大きさを具体的に摂動論によって検証し、さらにリング交換相互作用からスピンネマティック相互作用の起源となる biquadratic相互作用が誘起されるプロセスを明らかにした。またこの相互作用の強さがクーロン相互作用 と遷移積分の比 U/t～５程度で Heisenberg相互作用と十分同じオーダーまで強められることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在、本課題の主な目的に沿った結果であるスピンダイマー系の最初の論文はほぼ受理された状態にある。またこの論文で用いたモデルの正当性を補強するための論文もすでに出版されている。今後、この問題をより発展させるための基礎的な部分が達成され、初年度の目標には到達していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、より現実の物質に近いモデルでスピンネマティック相を得ること、さらに有限温度での物理量を計算すること、
またダイマー系で新たに別の物性を探索することも考えている。
また多軌道系というくくりでスピンクロスオーバや励起子などの問題も同等の枠組みで議論できると考えている。さらに我々の研究グループで進めている多軌道系の誘電性の研究も新規物性の探索には欠かせない要素となっており、多角的に２軌道系の物性探索を進めていきたい。
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| Causes of Carryover |
本年度、本研究に関連した短期雇用をする予定だったが、雇用対象の研究者との研究の準備段階の進展が遅れ、これを次年度に持ち越すことに決定した。
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