2016 Fiscal Year Research-status Report
パイロクロア格子が創出する新奇スピン液体相の物性研究
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26400399
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
大塚 博巳 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (10254145)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | フラストレート磁性体 / スピンアイス / モンテカルロ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度および二年度の研究では（１）カゴメアイスのAC磁気応答に見られるユニバーサルスケーリングの提案（２）スピンアイスのループストリングアルゴリズムモンテカルロ（ＭＣ）法の開発（３）ループストリングアルゴリズムに基礎を置くダイポールアイスの効率的ＭＣ法の提案などを行った。（１）は拡散運動する欠陥描像に基づいてスピンアイスのAC磁気応答に対してスケーリング理論を提案した。（２）では最近接相互作用模型に対してその四面体当たりのボルツマン重みにをグラフ分解することにより、ループストリングアルゴリズムを提案した。（３）ではダイポール相互作用を含むスピンアイスの理論模型に対するＭＣ法のもつ所謂Ｏ(Ｎ２)問題（演算量が系の自由度の二乗で増加する問題）を基底状態近傍で緩和する手法を提案している。
三年度は上記の経緯を踏まえ以下の研究を行った：希土類化合物Dy2Ti2O7やHo2Ti2O7などスピンアイス物質に対する希釈効果が幾つかの実験グループにより行われている。一方理論的には分子場的取り扱いによる残留エントロピーの解析などがある。我々は上記のクラスター分解のアプローチを拡張することでスピンアイスに対する希釈効果を精密に調べる手法を考案した。スピンアイスは低温において所謂協力的常磁性状態を示すが、それが希釈によりどのような影響を受けるか？に興味を持っており、その為の数値計算の準備およびアルゴリズムの性能評価を現在行なっている。
また量子性を持つスピンアイスについても研究手法も含め検討を重ねている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要で詳述した通り、古典スピンアイスの静的動的性質に関する研究をこれまで数値的手法の開発も含め行なってきた。特にループストリングアルゴリズムを基礎にダイポール相互作用や希釈の効果を調べる為の効率的数値計算手法を提案できたことは大きな成果である。
しかし量子スピンアイスの基底状態および低エネルギー励起の研究では特にテンソルネットワークを利用した変分計算やくりこみ計算の可能性を検討しているが、現時点では未だ精密な数値計算を行える十分な見通しを得られていない。従って、量子スピンアイスを含むフラストレードした量子スピン系の研究に有効な数値手法の開発は課題として残っている。
更に、古典スピンアイスのAC磁気応答に関する研究では実験データとの比較が課題として残っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
四年度の研究の推進方策としてはまず古典スピンアイスに対する希釈効果の研究を纏める。希釈率および温度に対する系の相構造を明らかにすべく数値計算を行う。また中性子散乱実験と直接比較できるスピン構造因子、特にそのピンチポイント構造への希釈効果を明らかにする。それに加え新しいアルゴリズムの性能評価も行う。更に希釈したスピンアイスの磁化過程についてもごく最近、新たな磁化プラトー領域の出現といった興味深い現象が明らかにされている。この現象はスピンアイスを含む希釈されたフラストレートスピン系が広く示す特徴であり、この点を中心に研究を進める。
また三年度に引き続き量子スピンアイスの擬スピン模型であるスピン１／２パイロクロアＸＸＺ模型に対する数値的研究の可能性を探る。同模型は、量子液体相や新奇な低エネルギー励起を示す可能性があり興味を持たれている。厳密対角化法により基底状態の波動関数や励起スペクトルを調べられるが、これらの手法では１６サイト立方セルの系から３２サイト菱面体セルの系までとその扱えるサイズには強い制限がある。従って最近その適用可能性を急速に広げているテンソルネットワークを利用するくりこみ計算の適用を検討する。
更にDy2Ti2O7やHo2Ti2O7といったスピンアイスの典型的化合物についてAC磁気応答の実験が広く行われているのでそのデータとスケーリング理論との比較を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は２つある：１つには研究二年度（２０１５年度）と同様当初予定していた国際会議への参加を見合わせたことによる旅費の未使用、もう１つには備品として購入予定していたタブレット端末およびデスクトップパソコンの更新時期と重なりこれらも購入を見合わせた為である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
使用計画としては研究四年度（２０１７年度）に開催される国際会議への参加を予定にしているのでその旅費として、さらに備品購入費として予算の執行を行う。
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