2021 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 | Tohoku University |
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Principal Investigator |
那須 譲治 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40610639)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子スピン液体 / 非平衡ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該研究課題では、磁性絶縁体において強い量子ゆらぎによって、極低温まで磁気秩序が抑制されることで現れる量子スピン液体の非平衡ダイナミクスに注目して研究を行う。量子スピン液体においては、スピンが複数の準粒子に分裂したかのように振る舞うが、それらは異なるダイナミクスを有する。このことは、量子スピン液体の特徴である素励起の分数化現象が、励起ダイナミクスや実時間発展における違いとして顕在化することを意味している。本研究では、特に、遍歴的なマヨラナフェルミオンと局在的な励起に素励起が分離するキタエフ量子スピン液体に注目して、本年度では特に以下のような成果を得た。
キタエフ量子スピン液体において、ボンドの乱れや不純物を導入することによって、その磁気ダイナミクスがどのような影響を受けるかを調べた。その結果、局在的な励起に対応する低エネルギーのスペクトルが、遍歴的なマヨラナフェルミオンに対応する励起スペクトルと比較して、乱れに対して敏感であることがわかった。また、準粒子励起が、キタエフ量子スピン液体内のスピン輸送にどのような役割を果たすかについても解析している。そこでは、スピン注入の後の時間発展を計算することで、準粒子の非平衡ダイナミクスを調べた。特にここでは、遍歴的なマヨラナフェルミオンがスピン励起を運搬することに加えて、局在的な素励起であるフラックスがスピン輸送に与える影響を明らかにするために、局在フラックスの存在化における時間発展も計算している。
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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
本研究では、量子スピン液体のダイナミクスや輸送特性を明らかにするために、特にキタエフ量子スピン液体に注目して、磁気励起後の時間発展の様子を詳しく解析している。キタエフ量子スピン液体においては、遍歴的なマヨラナフェルミオンとフラックスと呼ばれる局在励起の２種類の準粒子が存在するが、これまで、スピン励起がマヨラナフェルミオンによって運ばれることを明らかにしてきた。今年度は、フラックス励起に注目して、それが存在する場合でのスピン輸送を計算し、不純物効果など外因的な影響に対してどのような違いがあるかを調べている。数値計算の実装を行い、それに基づいて計算結果が得られている。その結果に関する議論も進めつつあるため、研究は、概ね順調に進展していると言えると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、量子スピン液体におけるスピン励起の注入後の時間発展において、遍歴的なマヨラナフェルミオンの役割が主に調べられており、また、フラックスと呼ばれる準粒子が少数励起されている場合についても今年度解析している。このフラックスは、磁場下で量子計算に有用と考えられる非可換エニオンとなる可能性があるため、磁場下での計算が求められる。今後は、この磁場が存在する場合でのスピン輸送や、フラックス励起の持つダイナミクスに関して詳しく解析したいと考えている。これによって、外部磁場でフラックス励起をコントロールするできる可能性などを調べていきたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
今年度においては、当該研究は順調に進んでいるが、研究成果を発表する予定だった学会や研究会、国際会議がオンライン開催になり、研究成果を公開する場のみならず、研究者との直接の議論の場が少なくなっている。今後、オンサイトでの学会や研究会のための旅費や、対面での研究打ち合わせの旅費などについては、次年度以降に使用することを予定している。
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