2018 Fiscal Year Research-status Report
固体物質系と光格子量子シミュレータを繋ぐ新奇フラストレート量子物性の理論研究
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18K03525
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
山本 大輔 青山学院大学, 理工学部, 助教 (80603505)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子シミュレーション / フラストレート磁性 / 冷却原子 / 相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複数の相互作用が競合するフラストレーション系では、エネルギー的に拮抗した状態が多数存在するため、小さな量子揺らぎや熱揺らぎが状態相の決定に顕著な役割を果たし得る。特に基底状態では強い量子力学的効果によって直観に反する様々な物性が現れるが、一般にその理論的取り扱いは非常に困難である。理想的なフラストレート磁性体を化学合成によって実現するためには様々な課題をクリアする必要があるため、制御性の高い光格子``人工物質''は物性理解の大きな助けとなる。本研究では、重さの違う2種Fermi原子気体と三角光格子を用いることで興味深いフラストレート量子磁性人工結晶が実現できることを提案し、その系を記述する模型に対する定量的な理論解析を行った。
2種のFermi原子間の斥力が強い極限は、交換相互作用に容易軸異方性を持つS=1/2量子三角格子反強磁性体と等価な数理模型で記述できる。さらに我々は成分間のRaman結合を導入することで横磁場を導入することを提案し、この系の量子物性と熱揺らぎ効果をサイズ外挿を伴う数値クラスター平均場法（CMF+S）および古典モンテカルロ法を用いて解析した。その結果、この系が(i)揺らぎによる秩序化による新たな相の出現、(ii)量子効果と古典効果の競合によるリエントラント相転移、(iii)2段階の熱的相転移といった興味深い物性を示すことを明らかにした。特筆すべきは、量子基底状態相図では低磁場領域において古典相図には存在しない非自明なスピン再配向転移が現れ、磁場-温度相図では高い離散的対称性（S3）の破れの回復に伴う2段階の相転移およびその中間相におけるKosterlitz-Thouless的振る舞いと長距離秩序の共存などの興味深い物性現象を開拓した。
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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
研究実施計画に記載した内容のうち、本年度の計画分はほぼ順調に実行した。研究成果に対する学術論文も執筆しすでに投稿しているが、査読プロセスに予想外の時間が掛かっており出版には至っていない。近日中に査読プロセスを完了し出版を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究計画実行に際し、複数の冷却原子気体関係の実験グループと建設的な議論を行うことができた。その結果、本研究課題である「固体物質系と光格子量子シミュレータを繋ぐ新奇フラストレート量子物性の理論研究」に関連した２つの研究テーマが実験グループとの密な連携の上に新たに立ち上がった。具体的には「SU(N)Heisenberg模型における新たな量子磁性の開拓」および「負の絶対温度を持つ人工フラストレート磁性体の作成」である。今後はこれらのテーマに関する研究も推進していく。
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| Causes of Carryover |
計算機パーツの世代交代に伴い、計画上必要なものと同等スペックのものが結果的に安く手に入ったため。次年度繰り越し分は、研究計画をさらに加速するための計算機購入費用として使用する計画である。
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