2012 Fiscal Year Research-status Report
パイロクロア物質群における磁気単極子がもたらす新しい量子状態・現象の理論的研究
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24740253
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
小野田 繁樹 独立行政法人理化学研究所, 古崎物性理論研究室, 専任研究員 (70455335)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 量子スピンアイス / 量子スピン液体 / トポロジカル絶縁体 / ゲージ場 |
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| Research Abstract |
パイロクロア酸化物R2M2O7(R:希土類、M：遷移金属) のうち、量子スピンアイスと呼ばれる物質群に属するYb2Ti2O7に対して、古典的(1/N)展開法による有効模型の解析から、偏極中性子散乱実験を説明する論文を出版した。また、同じく量子スピンアイス物質群と見なされるPr2Zr2O7に対し、ゲージ理論による基底状態相図を構築した論文を出版した。また、有限温度の計算に適した古典的(1/N)展開法の解析を、基底状態の計算に適したSchwinger boson法に拡張した。ゲージ理論による基底状態の計算と定性的に符合する結果を得ている。特に、絶対零度でのU(1)ゲージ構造・トポロジカル秩序と磁気単極子励起子をもたらす磁気クーロン液体、磁気単極子励起子のボーズ凝縮相（磁気秩序相）を得た。また、イリジウム酸化物R2Ir2O7から第一原理的に導いた単一軌道強束縛近似模型において、２つの結晶変数（格子定数と酸素位置を決める変数）に対するバンド変数の依存性を系統的に明らかにした。さらにこの模型に、オンサイトクーロン斥力、及び、他の軌道の効果によって生じるリング交換相互作用の両方を取り組んだ模型を導出した。そして、この模型の強結合極限において、許される磁気秩序状態を平均場近似で調べ、磁気空間群で分類した。さらに、その磁気秩序状態の幾つかの場合に対してトポロジー構造を調べ、量子化された縦電気磁気効果とアクシオンをもたらすZ2トポロジカル磁気絶縁体、量子ホール効果を示すU(1)トポロジカル強磁性絶縁体、を与える平均場近似解を見出した。
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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
平成24年度の研究計画を実質的に達成しており、論文も執筆中である。また、研究目的の範囲内において、さらに新しい展開の可能性を見出している。
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| Strategy for Future Research Activity |
新たな主たる２つの研究成果、すなわち、Schwinger boson法による量子スピンアイス基底状態の解析、および、Irパイロクロア酸化物に対するトポロジカル磁気絶縁体、に関してそれぞれ執筆中であり、これらを出版まで漕ぎつける。また、パイロクロア酸化物絶縁体における希土類磁性を舞台とした量子スピンアイスに関連して、ゲージ場に対する熱揺らぎの効果した流体力学的、場の理論的記述を構成し、量子クーロン液体から長距離秩序相への絶対零度でのHiggs転移の概念を、低温領域に拡張する概念を構築する。また、研究協力者のL.-J. Chang氏らが最近行っているミューオンスピン共鳴の実験を説明する理論を構築する。パイロクロア酸化物の遍歴系に対しては、これまでIr系に限っていたが、Rh系も研究の対象に含め、トポロジカル磁気絶縁体の実現可能性をより広範に調べる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
Kavli Institute of Theoretical Physics, University of California, Santa Barbaraで開催される滞在型国際ワークショップに招待を受けている。ひと月ほど滞在して、今後のさらなる研究の進展のために、世界の最先端の研究者たちと、当該課題について議論をかわす予定である（旅費60万円）。その他に共同研究のため、ドイツ（30万円）、台湾（10万円）へ出張する。ノートPC、および、関連ソフトウェアを購入する（30万円）。論文出版費用（20万円）。書籍購入費用（10万円）。日本・アメリカ物理学会参加費用（42万円）。
出張の際に先方からの支給で部分的に旅費を補えた関係で、余剰金が生じた。この分は、円安で海外渡航費がかさむ分として補てんする。
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[Presentation] Quantum spin ice2012
Author(s)
Shigeki Onoda
Organizer
KITP Program: "Frustrated Magnetism and Quantum Spin Liquids: From Theory and Models to Experiments
Place of Presentation
Kavli Institute of Theoretical Physics, Santa Barbara, USA
Year and Date
20120813-20121109
Invited
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