2020 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 / SU(N)磁性 / 相転移 / 冷却原子気体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体物質系では通常スピン自由度σ=↑,↓を持つ電子が主役となるため、Hubbard模型やHeisenberg模型といった代表的な統計模型はN=2次の特殊ユニタリ群SU(2)の対称性（もしくはそれ以下）を持つ。一方、より高次の対称性（N>2）を持つ系もスピン液晶物質や遷移金属酸化物などの模型における偶発的な高対称点として議論されてきた。近年では、模型の対称性を超えた創発的なSU(N)相としての出現や、173Yb原子や87Sr原子などのアルカリ土類（様）原子気体を用いて直接的にSU(N)拡張Hubbard模型やHeisenberg模型を作成する試みも盛んに為されている。
本研究ではSU(N)磁性に対する強磁場効果を議論した。強磁場の印加は磁性体研究の基本的な物性計測実験であり、格子幾何やトポロジー、量子・熱ゆらぎとの協奏効果によって磁化プラトーやネマティック状態、磁場誘起スピン液体などの非自明な磁気状態を生み出すことが知られている。ここでは特に三角格子上のSU(3)反強磁性Heisenberg模型に対する磁場効果を調べた。密度行列繰り込み群をソルバーとした大規模クラスター平均場＋スケーリング法を用いて絶対零度の量子磁性を、直積状態近似波動関数を用いた準古典Monte Carlo法を用いて有限温度の相転移現象を議論した。その結果、磁化およびスカラーネマティック秩序変数の磁場依存性における非自明なプラトーの形成、副格子スピン（ダイポール）モーメントが有限にも関わらず「隠されたネマティック秩序」を持つ“ネマティック-スピンダイポール相”、渦度1/2を持つ分数渦対励起が誘起するトポロジカル相転移などの様々な興味深い物性現象を見出した。SU(N)系の持つ(N-1)種類のウェイトに対する外場印加の効果の観点から、上記の物性の発現機構を一般的に議論する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究実施計画をすべて順調に遂行した。前年度分の研究成果の学術雑誌への出版を終えただけでなく、本年度分の成果の出版も完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果を基盤としてさらに発展させる。具体的には他のSU(N)系における新奇な磁性現象を包括的に調べ、実験実現に向けた強固な理論基盤を構築する。また、昨年度に引き続き負温度原子気体を利用して量子スピン液体状態を人工的に作成することを目指し、光格子を三角格子からカゴメ格子に徐々に変化させたときのダイナミクスと熱平衡状態の相転移現象を解析する。
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| Causes of Carryover |
・コロナ禍の影響で旅費が発生しなかったこと
・所属機関の移動に伴い、大型ワークステーションの購入を一時見送ったこと
使用計画：大型ワークステーションの購入
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Research Products
(11 results)
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[Journal Article] High-field spin-flop state in green dioptase2021
Author(s)
Prokhnenko O.、Marmorini G.、Nikitin S. E.、Yamamoto D.、Gazizulina A.、Bartkowiak M.、Ponomaryov A. N.、Zvyagin S. A.、Nojiri H.、D?az-Ortega I. F.、Anovitz L. M.、Kolesnikov A. I.、Podlesnyak A.
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 103
Pages: 014427
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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