2014 Fiscal Year Research-status Report
多不連続点アルゴリズムを用いた磁気異方性のある磁性体と光結合する原子気体の研究
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26800199
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
加藤 康之 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (50708534)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子モンテカルロ法 / 立方磁気異方性 / 量子スピン系 / 冷却原子気体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多不連続点アルゴリズム（MDA）を用いて立方磁気異方性のある量子磁性体および光と結合する原子気体の量子モンテカルロ（QMC）シミュレーションを効率よく行うことが，本課題の目的である．本年度単一イオン立方磁気異方性のある強磁性体の量子スピン模型（S=2）にMDAを適用し，期待される磁気秩序の消失が起こることを明らかにした．また以下の本研究課題に関わる研究結果を公表した．
一般化スピン波理論：伝統的なスピン波理論を一般化し，N種類のボゾンを導入したものが，複数のグループで各々の模型に対して使用されてきた．この一般化スピン波理論の数学的枠組みを，SU(N) Schwinger boson表示を用いて整理した．またBilinear-biquadratic模型に対してこれを適用した．今後立方磁気異方性のある磁性体の模型にも適用する．
光格子中２成分ボーズ混合気体の重いソリトンと表面臨界現象：冷却ボーズ気体を光格子中に閉じ込め，格子の深さを変化させると，モット絶縁体－超流動転移が起こる事が確かめられている．以前２成分の混合気体の場合は，この転移が不連続になる場合があることをQMC計算により明らかにした．この転移点近傍で，ソリトンのサイズが発散的に大きくなることを明らかにした．不連続転移で特徴的長さが発散する事例として表面臨界性が知られており，本研究ではソリトンサイズの発散と表面臨界現象との関係を明らかにした．
量子スピンアイス模型のQMCシミュレーション：スピンアイス（SI）物質では，高温弱相関相からクロスオーバーを経て低温の広い温度領域で残留エントロピーを伴う古典SI状態が観測される．より低温での実験結果は，残留エントロピーが解放されることを示唆している．本研究ではIsing模型に横成分の強磁性相互作用を加え，QMC法を用いた解析を行った．その結果，量子効果により残留エントロピーが解放され，古典SI状態から量子SI状態へとクロスオーバーすることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
立方磁気異方性のある量子磁性体の研究については，研究計画通り進行しており，多不連続点世界線モンテカルロ法のためのシミュレーションコードを作成し，単一イオン立方磁気異方性のある強磁性体の量子スピン模型（S=2）に適用し，有限温度相図を得た．その結果，期待されていた量子効果である磁気秩序の消失を確認することに成功した．光と結合する原子気体の研究については，研究計画よりやや遅れている．この模型のシミュレーションは来年度作成予定の一般的な模型を取り扱い可能な多不連続点世界線モンテカルロ法のためのシミュレーションコードを用いて実装する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
従来の計画通り大きなSの立方磁気異方性のある量子磁性体の模型，および混合ボーズ原子気体系の模型に適用する．そのために，公開済みの修正向き付きループアルゴリズムのシミュレーションコード(DSQSS: http://kawashima.issp.u-tokyo.ac.jp/dsqss/)と同様に，一般的な模型を取り扱い可能な多不連続点世界線モンテカルロ法のためのシミュレーションコードを作成する．また，紙屋佳知氏（理研iTHES），那須譲治氏（東工大），求幸年氏（東大）と共同で，３次元toric code [C. Castelnovo, C. Chamon, Phys. Rev. B 78, 155120 (2008)]の量子モンテカルロシミュレーションに取り組む．この模型は低温で磁気秩序のないスピン液体相へと有限温度相転移することが示されており、本研究ではそのスピン液体相の安定性について議論する．なお従来の方法の適用では効率の良いシミュレーションは実現できず，多不連続点アルゴリズムを基に開発した方法を用いる．
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| Causes of Carryover |
申請時海外出張旅費として使用する予定だったものが，不要になったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究課題の内容公表のため本年度の海外出張旅費として使用する．
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Research Products
(7 results)
