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テンソルネットワーク法によるフラストレート量子スピン系の新奇秩序探索

研究課題

研究課題/領域番号 15K17701
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 物性Ⅱ
研究機関東京大学

研究代表者

大久保 毅  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任講師 (00514051)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードテンソルネットワーク / フラストレーション / 磁性体 / 相転移 / スピン液体 / スピン軌道相互作用 / キタエフ模型 / カゴメ格子 / 量子スピン
研究成果の概要

本研究では、二次元の量子フラストレート磁性体の基底状態を、波動関数を小さなテンソルの積で記述するテンソルネットワーク法を用いて解析した。S=1/2カゴメ格子ハイゼンベルグ量子スピン模型については、磁場中での基底状態を計算し、複数の磁化プラトーの存在を明らかにした他、1/3プラトーでは、六角形ループ上のスピンが共鳴状態を形成していることを示した。また、キタエフ相互作用が強く存在する物質、Na2IrO3について、その基底状態相図を明らかにした。さらに、強磁性と反強磁性の共存によりフラストレーションが存在する正方格子模型について、磁場中でスピンゆらぎが非常に大きくなることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により量子フラストレート磁性体の基底状態を計算する強力な手法として、テンソルネットワーク法を確立することができた。種々のフラストレート磁性体に対して得られた結果は、実験での観測をよく説明できており、計算物理の立場からこれらの物質の理解に寄与することができた。特に、キタエフ相互作用が強い物質については、本研究を通して、キタエフスピン液体状態のテンソルネットワークを用いた理解が進み、定量的にだけでなく、定性的にも大きな進展があった。この成果は、今後のキタエフ物質の物性理解にも活かせると期待している。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 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

    (53件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (45件) (うち国際学会 15件、 招待講演 12件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National Taiwan University/National Chung-Hsing University(Taiwan)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A series of magnon crystals appearing under ultrahigh magnetic fields in a kagom? antiferromagnet2019

    • 著者名/発表者名
      R. Okuma, D. Nakamura, T. Okubo, A. Miyake, A. Matsuo, K. Kindo, M. Tokunaga, N. Kawashima, S. Takeyama and Z. Hiroi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 1229-1229

    • DOI

      10.1038/s41467-019-09063-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Field-enhanced quantum fluctuation in an S=1/2 frustrated square lattice2018

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi H.、Sasaki Y.、Okubo T.、Yoshida M.、Kida T.、Hagiwara M.、Kono Y.、Kittaka S.、Sakakibara T.、Takigawa M.、Iwasaki Y.、Hosokoshi Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 9 ページ: 094402-094402

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.094402

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic state selected by magnetic dipole interaction in the kagome antiferromagnet NaBa2Mn3F112018

    • 著者名/発表者名
      Hayashida Shohei、Ishikawa Hajime、Okamoto Yoshihiko、Okubo Tsuyoshi、Hiroi Zenji、Avdeev Maxim、Manuel Pascal、Hagihala Masato、Soda Minoru、Masuda Takatsugu
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.054411

    • 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] Ground-state properties of Na2IrO3 determined from an ab initio Hamiltonian and its extensions containing Kitaev and extended Heisenberg interactions2017

    • 著者名/発表者名
      Okubo Tsuyoshi、Shinjo Kazuya、Yamaji Youhei、Kawashima Naoki、Sota Shigetoshi、Tohyama Takami、Imada Masatoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.054434

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum phase transitions driven by rhombic-type single-ion anisotropy in the S=1 Haldane chain2017

    • 著者名/発表者名
      Y.-C. Tzeng, H. Onishi, T. Okubo, and Y.-J. Kao
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.060404

    • 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] Weak ferromagnetic order breaking the threefold rotational symmetry of the underlying kagome lattice in CdCu3 (OH)6 (NO3)2 H2O2017

    • 著者名/発表者名
      Ryutaro Okuma, Takeshi Yajima, Daisuke Nishio-Hamane, Tsuyoshi Okubo, and Zenji Hiroi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 9 ページ: 094427-094427

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.094427

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Numerical search for tensor-network representation reproducing the critical behavior of the Kitaev spin liquid2019

    • 著者名/発表者名
      Ryui Kaneko, Tsuyoshi Okubo, Hyunyong Lee, Youhei Yamaji, Naoki Kawashima
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] Tensor network study on Kitaev materials: Search for Kitaev spin liquid2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      The 2nd Asia Pacific Workshop on Quantum Magnetism (APFM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tensor network quantum states and their application to quantum spin systems2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      Interdisciplinary Workshop on Tensor Network
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ensor network study on Kitaev materials2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism 2018 (ICM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フラストレートした正方格子ハイゼンベルグ模型における大きなスピン揺らぎと1/2磁化プラトー2018

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      スピン系物理の最前線
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 並列モンテカルロ法によるフラストレート磁性体におけるトポロジカル転移の探求2018

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] テンソルネットワーク法の開発とキタエフスピン液体への適用2018

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      ポスト「京」重点課題(7)第4回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フラストレート正方格子量子スピン模型の磁化過程における大きなスピン揺らぎ2018

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,山口博則
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法を用いた非対角相互作用を持つハニカム格子模型の基底状態の探索2018

    • 著者名/発表者名
      金子隆威, 大久保毅, 山地洋平, 川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Tensor netowork study of Kitaev materials2018

    • 著者名/発表者名
      T. Okubo, Y. Yamaji and Naoki Kawashima
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Research and Education of Computational Science (RECS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるキタエフ物質の基底状態研究2018

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,金子隆威,山地洋平,川島直輝
    • 学会等名
      量子情報・物性の新潮流
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法による非対角相互作用のあるハニカム格子キタエフ模型の基底状態計算2018

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、金子隆威、山地洋平、川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Kitaev模型の基底状態を記述するテンソルネットワーク手法の再考2018

    • 著者名/発表者名
      金子隆威、大久保毅、山地洋平、川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 異方的相互作用を持つカゴメ格子反強磁性体における基底状態の6重縮退と相転移2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、大熊隆太郎、広井善二
    • 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(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法のフラストレートスピン系への適用2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 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(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-18
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Application of tensor network method to quantum spin systems2017

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      Workshop on quantum dynamics and response
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるS=1/2カゴメ格子模型の磁化過程の研究2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      Conference on Unusual Physics in Kagome Lattice
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2017-02-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ground state properties of Na2IrO3 determined from ab initio Hamiltonian2017

    • 著者名/発表者名
      T. Okubo, K. Shinjo, Y. Yamaji, N. Kawashima, S. Sota, T. Tohyama, M. Imada
    • 学会等名
      Entanglement in Strongly Correlated Systems
    • 発表場所
      Benasque (Spain)
    • 年月日
      2017-02-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tensor network study on Kitaev materials2017

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiple-q States and Skyrmion Lattice in Frustrated Spin Systems2017

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      Skyrmionics: Materials, Phenomena and Applications
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるキタエフスピン物質の研究2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      第二回量子スピン液体研究の新展開
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法の量子スピン液体への適用2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      ポスト「京」コンピュータ萌芽的課題1サブ課題D「量子力学と情報」研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるキタエフスピン液体の探求2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      第2回CDMSI(ポスト「京」重点課題(7))研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] MPI並列テンソルネットワーク法の開発と2次元量子スピン模型への適用2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      第3回CDMSI(ポスト「京」重点課題(7))シンポジウム ~次世代の産業を支える新機能デバイス・高性能材料の創成~
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるカゴメ格子量子スピン模型の磁化過程計算2017

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Ground state properties of Na2IrO3 determined from ab initio Hamiltonian2016

    • 著者名/発表者名
      T. Okubo, K. Shinjo, Y. Yamaji, N. Kawashima, S. Sota, T. Tohyama, M. Imada
    • 学会等名
      Fourth Workshop on Tensor network States:Algorithms and Applications
    • 発表場所
      Hsinchu (Taiwan)
    • 年月日
      2016-12-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テンソルネットワーク法による S=1/2 カゴメ格子模型量子スピン模型の磁化プラトー状態の研究2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      第2回CDMSI(ポスト「京」重点課題(7))シンポジウム ~次世代の産業を支える新機能デバイス・高性能材料の創成~
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2016-12-06
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Tensor network method and its application to frustrated spin systems2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      1st International Symposium on Research and Education of Computational Science (RECS)
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-11-30
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フラストレート磁性体におけるトポロジカル相転移の研究2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      第3回HPCI成果報告会
    • 発表場所
      コクヨホール(東京都港区)
    • 年月日
      2016-10-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法の物性理論への応用2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      ポスト京コンピュータ萌芽的課題1サブ課題D「量子力学と情報」研究会
    • 発表場所
      東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト(千葉県柏市)
    • 年月日
      2016-10-05
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 大規模並列モンテカルロ法によるZ2ボルテックス転移の検証2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるS=1/2カゴメ格子量子スピン模型の磁化プラトー状態の研究2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Tensor network study on magnetization process of the kagome lattice Heisenberg antiferromagnets2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo, Naoki Kawashima
    • 学会等名
      Highly Frustrated Magnetism 2016
    • 発表場所
      Taipei (Taiwan)
    • 年月日
      2016-09-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetization process of kagome lattice Heisenberg antiferromagnets: 1/3 plateau state and effects of Dzyaloshinskii-Moriya interaction2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo, Naoki Kawashima
    • 学会等名
      International Workshop on Tensor Networks and Quantum Many-Body Problems (TNQMP2016) 
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2016-07-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tensor network study on magnetization process of the kagome lattice Heisenberg antiferromagnets2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo, Naoki Kawashima
    • 学会等名
      Trends in Theory of Correlated Materials 2016 (TTCM2016)
    • 発表場所
      Villigen (Switzerland)
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大規模並列モンテカルロ法による Z2 ボルテックス転移の研究2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅,川島直輝
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2016-04-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワークくり込みによる臨界指数と演算子積展開係数の計算2016

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 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(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Ground state properties of frustrated honeycomb and kagome lattice antiferromagnets2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo and Naoki Kawashima
    • 学会等名
      "The 75th Okazaki Conference Tensor Network States: Algorithms and Applications 2016"
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 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 / 招待講演
  • [学会発表] Tensor network study on magnetization process of kagome lattice Heisenberg antiferromagnets2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo and Naoki Kawashima
    • 学会等名
      International USMM & CMSI Workshop: Frontiers of Materials and Correlated Electron Science -from Bulk to Thin Films and Interfaces
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-01-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フラストレート磁性体におけるトポロジカル励起の秩序化2015

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      第6回 CMSI 研究会
    • 発表場所
      東京大学 小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-12-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] フラストレーションが生み出す磁性体の新奇秩序2015

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      ナノ構造・物性-ナノ機能・応用部会合同シンポジウム「若い力が切り拓くナノサイエンス・テクノロジー」
    • 発表場所
      九州大学西新プラザ(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2015-11-27
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] テンソルネットワーク法による磁場中カゴメ格子量子スピン模型の研究2015

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      物性研短期研究会 「スピン系物理の深化と最前線」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2015-11-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法による正方格子J1-J2模型の基底状態相図2015

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] テンソルネットワーク法によるカゴメ格子量子スピン模型の磁化過程の研究2015

    • 著者名/発表者名
      大久保毅、川島直輝
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Tensor network methods in condensed matter physics2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      10sor network workshop --- Field 2 x 5 joint workshop on new algorithms for quantum many body problems ---
    • 発表場所
      東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト(千葉県柏市)
    • 年月日
      2015-05-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 藤堂研究室webページ

    • URL

      https://exa.phys.s.u-tokyo.ac.jp/ja/members/okubo

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-02-22  

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