2019 Fiscal Year Research-status Report
量子スピン液体の準粒子励起を反映した非平衡磁気ダイナミクス
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19K03742
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
那須 譲治 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40610639)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 非平衡ダイナミクス / 量子スピン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、量子スピン液体に内在する分数準粒子の存在を反映した非平衡磁気ダイナミクスを明らかにし、それによって創発準粒子単体での観測および制御するための理論基盤の構築を目指すことを目的に研究をしている。外場変調によってもたらされる非平衡状態において、準粒子描像がどの程度安定かを調べ、スピンの分数化によって生じた準粒子を分離して観測する方法の理論提案を行う。本年度では、具体的にこの量子模型を出発点として以下の研究成果を得た。
(1) 大きさの異なる量子スピンが混在したキタエフ模型に対して、有限クラスターにおける有限温度の解析を行い、スピンの準粒子への分数化に起因すると考えられるエントロピーのプラトーの存在に加えて、低温で、大きな残留エントロピーが生じることを見いだした。
(2) キタエフ量子スピン液体に磁場印可し、その磁場を急にゼロとする磁場クエンチの後の非平衡磁気ダイナミクスをマヨラナ平均場近似法を用いて解析した。その結果、スピンの分数化によって生じた2種類のマヨラナ準粒子が異なる時間スケールで減衰することが分かった。
(3) スピン1のキタエフ模型に対して、エッジを持つ有限クラスタで片方のエッジに時間依存する磁場を印可したときに、その時間変動がどのように伝播するかを厳密対角化法を用いて解析した。その結果、磁場が印可されていないバルクの領域にはスピン分極が生じないにもかかわらず、もう片方のエッジにスピン分極の時間変化が生じることがわかった。この結果は、バルク領域に遍歴性を持つ準粒子が存在することを示唆している。
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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
本研究の目標である量子スピン液体の非平衡磁気ダイナミクスに関して、キタエフ模型の磁場変動に対する時間発展を詳しく調べている。具体的に有限の磁場を急にゼロにする磁場クエンチとエッジにおける時間変動する磁場の影響をマヨラナ描像に基づく平均場近似と厳密対角化法によって計算した。それらにおいて、分数準粒子の性質が色濃く表れることが明らかになった。
特に、非平衡ダイナミクス特有の緩和現象や輸送特性に影響を与えることが分かった。
以上の成果が得られていることから、現在までの進捗状況として、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの量子スピン液体に対する非平衡ダイナミクスの計算は、外場の時間依存性として、磁場クエンチなど簡単なもののみを考えてきた。また、エネルギー散逸は無視しており、時間変動する外場によって導入されたエネルギーは系にとどまったままとなっていた。
これを改良するため、様々な外場変調で計算を行い、分数準粒子の緩和特性が準粒子の種類でどう違うのかを系統的に調べていく。また、スピン・格子相互作用などを考えることによって、エネルギー散逸の影響をまずは平均場の範囲内で取り入れた計算を行うことを考えている。
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| Causes of Carryover |
本年度において、平均場近似に基づいた解析で様々な新しい知見が得られたため、それを詳しく調べるのに予想以上に時間を要した。そのため、本年度購入する予定だった計算機の購入は次年度以降に行う予定である。また、参加予定だった学会や研究会が中止になったため、本研究予算で得られた研究成果は次年度以降に発表する予定であり、研究発表の際に旅費として使用することを予定している。
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Research Products
(15 results)
