Exploration of novel quantum many-body states induced by frustration and randomness

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03664
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: HIKIHARA Toshiya 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (00373358)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ランダム量子スピン系 / フラストレート量子スピン系 / テンソルネットワーク / 実空間繰り込み群法

Outline of Final Research Achievements

We have developed a numerical method for a highly-accurate analysis of random quantum spin systems with competing (frustrated) exchange interactions. We have established an algorithm to obtain the accurate ground-state wave function using the properties of energy spectrum and quantum entanglement of the systems. We have also studied a novel quantum state in frustrated random quantum spin systems. It has been found that the novel quantum state emerges even in one-dimensional systems. Various properties of the state and its microscopic picture have also been clarified.

Free Research Field

物性基礎論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フラストレート・ランダム量子スピン系の研究は、その系を精度よく解析できる手法がないという制約のため、その進展が阻害されていた。本研究で開発された数値計算法は、そのフラストレート・ランダム量子スピン系の高精度解析を可能とするものであり、当該分野の研究を大きく進展させるものと期待される。また、本研究で行った、一次元フラストレート・ランダム量子スピン系における新奇量子状態の特性解明は、このフラストレーションとランダムネスにより誘起される状態のもつ普遍的性質を明らかにする結果として、大きな意義をもつものである。