2014 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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| 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 – 2016-03-31
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| Keywords | 量子スピンアイス / 量子スピン液体 / ゲージ場 / イリジウム酸化物 / トポロジカル絶縁体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パイロクロア格子構造をもつ希土類（Pr, Yb, Tbなど）局在磁性体は、量子スピンアイス系と呼ばれ、磁化の単極子（モノポール）が量子性を担って物質中を運動していると考えられてきている。我々は、その最も基本的な理論模型に対して、量子モンテカルロ計算を行い、熱力学量、中性子散乱スペクトルの温度依存性を世界で初めて詳細に明らかにした。降温とともに、まず、Paulingの残留エントロピーと双極子的磁気相関で特徴づけられる古典スピンアイス領域にクロスオーバーをする。さらに冷却すると、エントロピーを徐々に解放し、量子スピンアイス領域にクロスオーバーする。そこでは、モノポールが量子的運動エネルギーをもち、基底状態において擬光子を生成するために必要なゲージ場のコヒーレンスの発達が磁気相関プロファイルから確認された。量子スピンアイス領域でのスピン相関は擬光子による寄与だけでなく、希薄なモノポールの相関による寄与が残ることが分かった。
Yb2Ti2O7における非弾性中性子散乱スペクトルを説明する理論の構築、Tb2Ti2O7の中性子散乱・磁化率等を説明する理論模型パラメータの導出に成功した。
パイロクロア・イリジウム酸化物に対して、前年度までの相対論的局所スピン密度近似LSDA法による第一原理電子状態計算を発展させて、オンサイトクーロン相互作用による強い電子相関の効果を取り込んだLSDA+U法の計算を行った。その結果、Pr2Ir2O7は反強磁性相に近い常磁性半金属となり、Y2Ir2O7は正四面体頂点上のイリジウム磁気モーメントが0.5ボーア磁子ほど中心を向いて秩序化した、電荷ギャップの小さな反強磁性絶縁体となる、という実験結果を理論的に説明することに成功した。また、常磁性半金属相と反強磁性絶縁体相の中間には、Weyl点をもった反強磁性半金属相が出現することを検証した。
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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
投稿中の論文、特に、量子スピンアイスに実験との共著論文の出版がずれ込んでいるが、その他は当初予定していた研究計画はほぼ完遂した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画はほぼ完遂しているため、研究成果に関する投稿論文の出版に尽力する。
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| Causes of Carryover |
関連する研究成果の論文出版が遅れているため、その出版費用の確保をするため。また、国際会議でその成果を発表する予定であるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国際会議への出張費用、および、論文出版費用として使用する。
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[Presentation] Quantum spin ice2014
Author(s)
Shigeki Onoda
Organizer
Nordita programme: "Novel Directions in Frustrated and Critical Magnetism"
Place of Presentation
Nordita, Nordic Institute of Theoretical Physics, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden
Year and Date
2014-07-14 – 2014-08-08
Invited
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