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量子情報理論とテンソル積変分法を用いたフラストレート・ランダム量子多体系の研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K05198
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数理物理・物性基礎
研究機関群馬大学

研究代表者

引原 俊哉  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (00373358)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードフラストレート量子スピン系 / ランダム量子スピン系 / 実空間繰り込み群法 / テンソルネットワーク / 密度行列繰り込み群法 / スピン・ネマティック状態
研究成果の概要

フラストレーションとランダムネスをもつ低次元量子多体系の研究を行った。二次元格子や梯子格子上のフラストレート量子スピン系を解析し、これらの系で、スピンネマティック状態やカイラル秩序状態などの、様々な新奇量子状態が実現されることを明らかにした。また、二次元格子を含んだ様々な格子上のフラストレート・ランダム量子スピン系に適用可能な数値計算手法として、ツリー型テンソルネットワークを用いた実空間繰り込み群法の改良を行い、それらの系に対する解析の精度向上を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

スピンネマティック(SN)状態やカイラル秩序状態は、多スピン秩序変数で記述される新しいタイプの量子秩序状態として注目されている。本研究の結果は、それらの新奇量子秩序状態の理解を促進するものである。特に、通常の量子磁性体がもつ相互作用のみを含む系でSN状態が実現されうるという結果は、実在の物質におけるSN状態の実現可能性を拡げるものとしての意義をもつ。また、二次元フラストレート・ランダム量子多体系は、主に手法上の困難からその特性解明が妨げられていた。本研究で成されたテンソルネットワーク実空間繰り込み群法の改良は、その困難の克服における大きな進歩であり、今後の研究を進展させるものと期待される。

報告書

(6件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Rutgers University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Quantum phase transitions beyond Landau-Ginzburg theory in one-dimensional space revisited2019

    • 著者名/発表者名
      Mudry Christopher、Furusaki Akira、Morimoto Takahiro、Hikihara Toshiya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 20 ページ: 205153-205153

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.205153

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spin nematics in frustrated spin-dimer systems with bilayer structure2019

    • 著者名/発表者名
      Hikihara Toshiya、Misawa Takahiro、Momoi Tsutomu
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 21 ページ: 214414-214414

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.214414

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ground-State Phase Diagram of an Anisotropic S = 1/2 Ladder with Different Leg Interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Tonegawa Takashi、Hikihara Toshiya、Okamoto Kiyomi、Furuya Shunsuke C.、Sakai Toru
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 10 ページ: 104002-104002

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.104002

    • NAID

      210000134973

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dimer correlation amplitudes and dimer excitation gap in spin-1/2 XXZ and Heisenberg chains2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Hikihara, Akira Furusaki, and Sergei Lukyanov
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 13

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.134429

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Exact Ground States of Frustrated Quantum Spin Systems Consisting of Spin-Dimer Units2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Hikihara, Takashi Tonegawa, Kiyomi Okamoto, and Toru Sakai
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 5 ページ: 054709-054709

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.054709

    • NAID

      210000134369

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Frustrated S=1/2 Two-Leg Ladder with Different Leg Interactions2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tonegawa, Kiyomi Okamoto, Toshiya Hikihara, and Toru Sakai
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 828 ページ: 012003-012003

    • DOI

      10.1088/1742-6596/828/1/012003

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ground-state phase diagram of an anisotropic S=1/2 ladder with alternating rung interactions2016

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tonegawa, Kiyomi Okamoto, Toshiya Hikihara and Toru Sakai
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 683 ページ: 012039-012039

    • DOI

      10.1088/1742-6596/683/1/012039

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 様々なエネルギースケール変換による一次元量子系の特性変化2019

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉
    • 学会等名
      研究会「サイン2乗変形(SSD)とその周辺2019」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] spin-1/2 J1-J2 XYZ鎖における非GL的量子臨界相転移2019

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉, Christopher Mudry, 古崎昭, 森本高裕
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 実空間繰り込み群法の改良と二次元ランダム量子スピン系への適用2019

    • 著者名/発表者名
      関孝一, 引原俊哉, 奥西巧一
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] フラストレート・スピンダイマー系におけるスピンネマティック秩序状態の多変数変分モンテカルロ法による解析2019

    • 著者名/発表者名
      三澤貴宏, 引原俊哉, 桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 二次元ランダム量子スピン系に対する実空間繰り込み群法の改良と性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      関孝一, 引原俊哉, 奥西巧一
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Ground States in an Anisotropic S=1/2 Ladder with Different Leg Interactions2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hikihara, T. Tonegawa, K. Okamoto, S. Furuya and T. Sakai
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二次元ランダム量子スピン系解析のための実空間繰り込み群法の改良2018

    • 著者名/発表者名
      引原 俊哉
    • 学会等名
      基研研究会 スピン系物理の最前線
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 2次元フラストレート・スピンダイマー系におけるスピンネマティック秩序状態の変分法による解析2018

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉, 桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子モンテカルロ法を用いたランダム量子スピン系の実空間繰り込み群法の性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      関孝一, 引原俊哉, 奥西巧一
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚相互作用が異なった異方的 S=1/2 2本脚ラダーの基底状態相図 IV2018

    • 著者名/発表者名
      利根川孝, 岡本清美, 古谷峻介, 引原俊哉, 坂井徹
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚相互作用が異なった異方的 S=1/2 2本脚ラダーの基底状態相図 V2018

    • 著者名/発表者名
      岡本清美, 利根川孝, 古谷峻介, 引原俊哉, 坂井徹
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] SSD and other energy deformations2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Hikihara
    • 学会等名
      Workshop on Sine square deformation and related topics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] S=1/2反強磁性ハイゼンベルグ鎖におけるダイマー相関振幅とボンド交替による励起ギャップ2017

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉, 古崎昭, Sergei Lukyanov
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 強磁性ダイマーからなる2次元フラストレート量子スピン系におけるスピンネマティック秩序状態2017

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉, 桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚相互作用が異なった異方的 S=1/2 2本脚ラダーの基底状態:数値計算2017

    • 著者名/発表者名
      利根川孝, 古谷峻介, 岡本清美, 引原俊哉, 坂井徹
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚相互作用が異なった異方的 S=1/2 2本脚ラダーの基底状態:ボソン化2017

    • 著者名/発表者名
      古谷峻介, 利根川孝, 岡本清美, 引原俊哉, 坂井徹
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin-nematic ordering in two- and three-dimensional frustrated quantum magnets composed of spin dimers2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Hikihara, Tsutomu Momoi
    • 学会等名
      Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ground State of Anisotropic S=1/2 Two-Leg Ladder with Different Leg Interactions2017

    • 著者名/発表者名
      T. Tonegawa, S. C. Furuya, K. Okamoto, T. Hikihara, and T. Sakai
    • 学会等名
      Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ランダム量子スピン系解析のための実空間繰り込み群法の改良 II2017

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚相互作用が異なった異方的 S=1/2 2本脚ラダーの基底状態相図 III2017

    • 著者名/発表者名
      利根川孝, 引原俊哉, 岡本清美, 坂井徹
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 2つのS=1/2スピンをユニットとしたフラストレート量子スピン系の厳密基底状態2016

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉、利根川孝、岡本清美、坂井徹、桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] フラストレート量子スピン系における厳密基底状態2016

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉
    • 学会等名
      量子スピン系研究会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2016-01-29
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Generation of 2D AKLT and related entangled states2016

    • 著者名/発表者名
      T. Hikihara
    • 学会等名
      The 75th Okazaki Conference, Tensor Network States: Algorithms and Applications 2016
    • 発表場所
      日本、岡崎市
    • 年月日
      2016-01-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脚相互作用が異なった異方的 S=1/2 2本脚ラダーの基底状態相図 II2016

    • 著者名/発表者名
      利根川孝, 引原俊哉, 岡本清美, 坂井徹
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Bell-Bond-Solid状態2016

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] ランダム量子スピン系解析のための実空間繰り込み群法の改良2016

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 一次元フラストレート量子スピン系におけるカイラリティ・スピン多極子秩序2016

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉
    • 学会等名
      量子スピン系研究会
    • 発表場所
      福井大学文京キャンパス(福井県福井市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 制御性の高い量子多体系における二次元Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki状態の生成2015

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉、森前智行、藤井啓祐
    • 学会等名
      基礎物理学研究所研究会「量子制御技術の発展により拓かれる量子情報の新時代」
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2015-07-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 個人Webページ

    • URL

      https://www.sci.st.gunma-u.ac.jp/%7Ehikihara/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 個人WebPage

    • URL

      https://www.sci.st.gunma-u.ac.jp/%7Ehikihara/

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.sci.st.gunma-u.ac.jp/%7Ehikihara/

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 研究者個人Webページ

    • URL

      http://www.sci.st.gunma-u.ac.jp/%7Ehikihara/

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 研究者個人Webページ

    • URL

      http://www.sci.st.gunma-u.ac.jp/~hikihara/

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-02-21  

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