2022 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study of quantum frustrated systems: Connecting solid-state materials and optical lattice quantum simulators
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18K03525
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
山本 大輔 日本大学, 文理学部, 准教授 (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 / フラストレーション / 磁性体 / 冷却原子気体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、固体物質系の研究と光格子人工系の研究を相補的に行いながら、その知見をもとにフラストレーションの新たな量子シミュレーション方法を模索してきた。特に三角格子反強磁性スピン系を中心として、CsCuCl3といった量子フラストレート磁性体の量子性の制御やその物理の理解から、光格子中の冷却原子フラストレート系の実現法の提案まで、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を行ってきた。
最終年度はこれまでの研究で得た成果をもとに、量子フラストレート磁性に対する冷却原子系を用いた量子シミュレーションの実際の実現に向けて、実際に実験を行っているグループと研究打ち合わせをしながら、より実験的な状況を想定した理論研究を行った。具体的には、まずは従来のフロケ機構によるフラストレート三角格子人工系の作成を目指した。理論的な予想相図を元に実験結果を解釈し、これまで実現していなかった低密度領域（量子領域）でのカイラル超流動相（磁性の言葉では120度ネール相）の同定を行うことが出来た。
研究期間全体を通じて研究は予定よりも概して早く進み、「光格子系にフラストレーションを実装するための負温度を用いたプロトコルの提案」や「結合スピン鎖物質に対する圧力による磁気パラメータ制御」などの達成すべき主要な研究内容は全て実施することができ、顕著な結果を得ることができた。特に負温度を用いた幾何学的フラストレーションの導入は、従来の光格子の高速振動によるフロケ機構を用いた方法と比較してヒーティングの軽減などの利点があり、今後の量子シミュレーション研究に大きな影響を与えると期待できる。
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