Magnon excitations vs. spinon excitations in spontaneously symmetry broken antiferromagnets in two dimensions

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01183
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Yunoki Seiji 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (70532141)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白川 知功 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 上級研究員 (40571237) ; 曽田 繁利 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 技師 (60466414) ; 正木 晶子 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 (00620717)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 磁気励起 / 数値計算

Outline of Final Research Achievements

We have performed various numerical simulations to evaluate magnetic excitation spectrum for SU(2) symmetric spin S=1/2 antiferromagnetic Heisenberg models on the square and triangular lattices, where the ground states are spontaneously symmetry broken to show Neel orders. We have found some indications for the absence of well defined coherent magnon excitations and the existence of incoherent excitations continuing unto very high energy, which are not simply explained by the spin wave theory. Furthermore, we have compared our numerical results with several experiments and found a good quantitative agreement.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

最近接相互作用のみを持つ正方格子スピンS=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型など基底状態が自発的対称性が破れたSU(2)対称なスピンS=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型の磁気励起はスピン波理論を基とするS=1マグノン励起で記述できると考えられている。これは低エネルギー領域では正しいが高エネルギー領域では必ずしも正しいわけではない。最新の数値計算を駆使することにより、このことを示す計算結果が提供できた。