2022 Fiscal Year Research-status Report
ハニカム格子多スピンリング交換模型における新奇な状態の発現機構
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20K03770
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
安田 千寿 琉球大学, 理学部, 教授 (20398564)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 固体ヘリウム / 多スピンリング交換模型 / ハニカム格子 / フラストレーション / 古典的基底状態 / カイラリティ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低温で量子スピン液体状態が実現する固体ヘリウム３薄膜を記述する有効な模型と考えられるハニカム格子多スピンリング交換模型は、最近接交換相互作用と六体のリング交換相互作用からなる。昨年度までは、反強磁性的な最近接交換相互作用の領域の古典的基底状態の探索を行った。本年度は、強磁性状態が低磁場でも実現すると予想される強磁性的な最近接交換相互作用の領域の探索を行なった。実現する様々な古典的基底状態を明らかにしておくことは、スピン波理論等を用いて量子力学的効果を調べる上でも重要である。
最近接の二体交換相互作用と六体のリング交換相互作用、磁場による相互作用からなるハニカム格子多スピンリング交換模型の古典的基底状態を数値的・解析的に調べ、昨年度までに、反強磁性状態、八種類のスピンが周期的に並ぶ八副格子構造、ハニカム格子を形成する六角形の頂点にある六つのスピンのうち、五つが磁場と同じ方向、一つが磁場と反対方向を向いている5u1d状態、四副格子構造、部分偏極した構造が、相互作用の強さを変化させることにより出現することを明らかにした。六体のリング交換相互作用の存在により、多様な状態が出現することが分かる。今年度は、相互作用の範囲を広げることにより、新たに、低磁場領域の強磁性状態、5u1d状態が傾いた状態、平面内で渦を形成する状態が実現することが分かった。本研究で得られた多彩な基底状態の出現は、量子力学的効果による新規な状態の出現を期待させる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
研究実施計画では、ハニカム格子多スピンリング交換模型の古典的基底状態と古典系の熱力学的特性を調べることを計画した。古典的基底状態は昨年度よりも広い相互作用の範囲で調べることができたが、古典系のモンテカルロ計算による研究を十分に進めることはできなかった。多スピンリング交換模型では、複雑な状態が実現し、有効なモンテカルロ計算を実行するための状態更新方法が従来のものでは不十分であると推察される。有効な状態更新方法の確立が課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
古典系の熱力学的特性を調べるために、分子場理論による解析を進める。この解析方法では、副格子の数が制限されるが、その状態の範囲内では熱力学特性を調べることができると期待される。また、二体交換相互作用として、最近接相互作用のみを考慮してきたが、系をより現実的なものにするために、次近接相互作用や次々近接相互作用の効果も調べる。
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| Causes of Carryover |
（理由）学会等が遠隔開催となったため、旅費の使用が生じなかった。
（使用計画）ハードディスクやソフトウェアなどを購入し、蓄積した研究データの保存や研究成果をまとめるために使用する。
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