2016 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical and Numerical Studhy on the Multipole Orders and Novel Conductivity of the Frustrated Systems
Publicly Offered Research
| Project Area | J-Physics: Physics of conductive multipole systems |
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| Project/Area Number |
16H01080
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
坂井 徹 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (60235116)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 多極子 / スピンネマティック / フラストレーション / スピンラダー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低次元磁性体や量子スピン系におけるスピン多極子秩序のひとつであるスピンネマティック相が注目されている。これは、もともと量子効果の強い低次元フラストレーション系において、２マグノンの束縛状態として理論的に予測された現象であるが、最近、フラストレーションのあるスピンラダー系の強磁場実験で、その兆候が観測され、理論実験両面から盛んに研究が進められている。しかし、実際に観測されたのは飽和磁場付近の強磁場領域のみであるため、スピン配列を直接観測する中性子散乱実験ができないことから、この相が本当にスピンネマティック相かどうかを検証するためには、この相のより詳細な性質を理論的に解析する必要がある。このような背景のもと、本研究においては、フラストレーションのあるスピンラダー系に対して、大規模数値対角化、密度行列繰り込み群法、及び厳密な解析計算を適用して、理論的に解析した。その結果、以下のようなことが明らかとなった。
（１）スピンラダーを構成する2本の鎖の相互作用が強磁性交換相互作用と反強磁性相互作用で大きさが等しい場合、各ユニットセルの桁方向の交換相互作用を対角化する２スピン状態の直積により、全系の厳密な固有状態を構成することができる。また、パラメータによっては、それが厳密な基底状態になる場合もある。
（２）2本の鎖の相互作用が等しく、２つの対角線方向の次近接相互作用が鎖方向と符号が違っていて大きさが等しい場合、（１）と同様の方法で厳密な固有状態を構成することができる。
（３）パラメータによっては、スピンネマティック・朝永ラッティンジャー液体相が出現する領域がある。
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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
フラストレーションのあるスピンラダー系で新しいスピンネマティック相を理論的に予測できたという点で、ひとつの目標を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来の研究により、異方性のあるスピンラダー系・スピン１反強磁性鎖・混合スピンフェリ磁性鎖などでスピンネマティック相が出現する可能性があることを理論的に予測してきた。また本研究においても、強磁性交換相互作用と反強磁性交換相互作用が混在するフラストレートしたスピンラダー系において、スピンネマティック朝永ラッティンジャー液体相が出現することも理論的に判明した。今後の計画としては、これまでに確立した数値対角化・密度行列繰り込み群法・厳密な解析等の手法を駆使して、これらのスピンネマティック相の物性を理論的に解明し、どのような物質に対して、どのような実験をすればスピンネマティック相の検証ができるのかを明らかにしていく予定である。とくに、強磁場下でしか実現しないスピンネマティック相の場合には、中性子散乱実験のような大規模な実験が不可能であるため、磁気共鳴などの比較的小規模で現実的な検証実験を提案する必要がある。そこで、ESRやNMRなどの磁気共鳴スペクトルからスピンネマティック相を特定する理論を構築することが目標となる。
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[Journal Article] Dzyaloshinsky-Moriya Interaction and the Ground State in S=3/2 Perfect Kagome Lattice Antiferromagnet KCr3(OH)6(SO4)2 (Cr-Jarosite) Studied by X-Band and High-Frequency ESR2017
Author(s)
S. Okubo, R. Nakata, S. Idehara, N. Takahashi, T. Sakurai, W. Zhang, H. Ohta, T. Shimokawa, T. Sakai, K. Okuta, S. Hara, and H. Sato
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 86
Pages: 024703-1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Quantum Spin Nanotubes2016
Author(s)
T. Sakai
Organizer
Energy, Materials, Nanotechnology Meeting
Place of Presentation
Mantra Bell City Hotel(Melbourne, Australia)
Year and Date
2016-10-10 – 2016-10-14
Int'l Joint Research / Invited
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