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スピンの量子的秩序に基づいた磁気熱流制御

研究課題

研究課題/領域番号 16K17753
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 物性Ⅱ
研究機関東京理科大学

研究代表者

杉本 貴則  東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 講師 (70735662)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード磁化プラトー / スピン液体 / スピン伝導度 / 熱伝導度 / 量子スピン / 磁気励起スペクトラム / 磁気スペクトラム / 磁性 / 理論
研究成果の概要

スピンの量子的秩序に基づき磁気熱流制御の機構を理論的に明らかにするため、「印加磁場と磁気励起スペクトラムの関係性の解明」、および「磁気励起スペクトラムとスピン伝導度および熱伝導度の関係性の解明」の、2つの具体的目標を定めた。第一の目標達成のため、スピン梯子やスピン・クラスタ鎖など複数の模型で、磁化過程と励起スペクトラムを解析した。この結果、磁化プラトー相などの並進対称性が自発的に破れた相では、破れた対称性を反映して、新しい磁気準粒子が発現することを発見した。一方、二つ目の目標達成のため、有限温度ダイナミクスを比較的大きい系で計算する方法を開発し、既存の模型とスピン伝導度の比較・議論を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題で対象とした、スピンの量子的秩序に基づいた磁気熱流制御は、次世代のICT技術の中核をなす、スピントロニクスやエネルギー制御素子として大きな役割を果たすと期待される。本研究では、まず並進対称性が自発的に破れた磁化プラトーと呼ばれる量子秩序相において、これまで知られていなかった新たな磁気準粒子が発現することを明らかにした。これは基礎物理学的にも重要な発見である。一方、これまで大きな系での計算が困難とされてきたスピン伝導度や熱伝導度を計算するため、行列積状態変分法を改良し、このベンチマークを行った。これも技術的には重要な成果だと言える。

報告書

(4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
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Magnetic phase diagram of a frustrated spin ladder2018

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Takanori、Mori Michiyasu、Tohyama Takami、Maekawa Sadamichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 14 ページ: 144424-144424

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.144424

    • NAID

      120006731607

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetization plateaus in the spin-12 antiferromagnetic Heisenberg model on a kagome-strip chain2018

    • 著者名/発表者名
      Morita Katsuhiro、Sugimoto Takanori、Sota Shigetoshi、Tohyama Takami
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 1

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.014412

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cluster-Based Haldane State in an Edge-Shared Tetrahedral Spin-Cluster Chain: Fedotovite K2Cu3O(SO4)32018

    • 著者名/発表者名
      Fujihala M.、Sugimoto T.、Tohyama T.、Mitsuda S.、Mole R.?A.、Yu D.?H.、Yano S.、Inagaki Y.、Morodomi H.、Kawae T.、Sagayama H.、Kumai R.、Murakami Y.、Tomiyasu K.、Matsuo A.、Kindo K.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 7 ページ: 77201-77201

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.077201

    • 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] Static and dynamic magnetic properties of the spin-12 inequilateral diamond-chain compounds A3Cu3AlO2(SO4)4(A=K,Rb,Cs)2017

    • 著者名/発表者名
      Morita Katsuhiro、Fujihala Masayoshi、Koorikawa Hiroko、Sugimoto Takanori、Sota Shigetoshi、Mitsuda Setsuo、Tohyama Takami
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 18

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.184412

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Majorana Zero-Energy Mode and Fractal Structure in Fibonacci?Kitaev Chain2017

    • 著者名/発表者名
      Ghadimi Rasoul、Sugimoto Takanori、Tohyama Takami
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 11 ページ: 114707-114707

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.114707

    • NAID

      40021377018

    • 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] Reentrant topological phase transition in a bridging model between Kitaev and Haldane chains2017

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Takanori、Ohtsu Mitsuyoshi、Tohyama Takami
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 24

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.245118

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phenomenological Magnetic Model in Tsai-Type Approximants2016

    • 著者名/発表者名
      Takanori Sugimoto, Takami Tohyama, Takanobu Hiroto, Ryuji Tamura
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 85 号: 5 ページ: 053701-053701

    • DOI

      10.7566/jpsj.85.053701

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] スピン・クラスタ鎖におけるクラスタ単位ハルデン状態2018

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則, 森田克洋, 遠山貴己
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] 奇数個スピンで構成されるクラスタ単位ハルデン状態2018

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則, 森田克洋, 遠山貴己
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フラストレート梯子スピン系の磁化プラトー相における磁気励起II2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木広太, 杉本貴則, 曽田繁利, 遠山貴己
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Cluster-Based Haldane State with Finite Magnetization2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto, K. Morita, and T. Tohyama
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cluster-Based Haldane State with Finite Magnetization2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto, K. Morita, and T. Tohyama
    • 学会等名
      Trends in Theory of Correlated Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スピン・クラスタ鎖におけるハルデン状態2018

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則, 森田克洋, 遠山貴己
    • 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] 1次元トポロジカル超伝導模型における準周期ポテンシャル効果2018

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則
    • 学会等名
      第22回準結晶研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 1次元トポロジカル超伝導模型における準周期変調効果2018

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則
    • 学会等名
      金研WS「高温超伝導体とその関連物質における新奇な物理」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 準周期磁場下におけるXYスピン鎖のフラクタル構造2017

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則
    • 学会等名
      第12回量子スピン系研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル超伝導体における周期性の変調効果2017

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則
    • 学会等名
      CUPALワークショップ, 物質・材料研究機構
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fractal Structure in Fibonacci--Kitaev Chain2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto
    • 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
  • [学会発表] フィボナッチ・キタエフ鎖におけるフラクタル構造2017

    • 著者名/発表者名
      R. Ghadimi、杉本貴則、遠山貴己
    • 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] Symmetry Breaking of Quasi-Spin Inversion in Magnetization-Plateau Phase Diagram of Frustrated Spin Ladder2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto、M. Mori, T. Tohyama, and S. Maekawa
    • 学会等名
      International Conference on Low-Temperature Physics 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological Transition Induced by Anisotropy, Alternation, and Frustration in XYZ spin chain2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto, M. Ohtsu, S. A. Jafari, and T. Tohyama
    • 学会等名
      Strongly Correlated Electron Systems 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reconstruction of Majorana Fermions Induced by Anisotropy in XYZ Spin Chain2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto、S. A. Jafari、and T. Tohyama
    • 学会等名
      Theory of Correlated Topological Materials 2017
    • 発表場所
      東京大学 物性研究所
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低次元磁気模型における新奇量子状態2017

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則
    • 学会等名
      第3回K-CONNEX研究会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Topological transition caused by reconstruction of zero-mode Majorana fermions in XYZ spin chain2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto、S. A. Jafari、and T. Tohyama
    • 学会等名
      APS March Meeting 2017
    • 発表場所
      New Orleans, U.S.A.
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] XYZスピン鎖におけるマヨラナ・フェルミオン II2017

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則、S. A. Jafari、遠山貴己
    • 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
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] フラストレート・スピン梯子系における磁気相図2016

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則, 森道康, 遠山貴巳, 前川禎通
    • 学会等名
      ポスト「京」連続研究会 「強相関物質の励起ダイナミクス~量子ビームとの連携を目指して~」
    • 発表場所
      東京理科大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phenomenological Magnetic Model in Tsa-Type Approximants2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sugimoto, T. Tohyama, T. Hiroto, and R. Tamura,
    • 学会等名
      International Conference of Quasicrystals
    • 発表場所
      Kathmandu, Nepal
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フラストレートスピン梯子系の磁気相図2016

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則, 森道康, 遠山貴巳, 前川禎通,
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Tsai型近似結晶の有効磁気模型における結晶場効果2016

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則, 遠山貴巳, 廣戸孝信、田村隆治
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] XYZスピン鎖におけるマヨラナ・フェルミオン2016

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則、S. A. Jafari、遠山貴己
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] XYZスピン鎖におけるマヨラナ・フェルミオンとトポロジカル転移2016

    • 著者名/発表者名
      杉本貴則、S. A. Jafari、遠山貴己
    • 学会等名
      量子スピン系研究会
    • 発表場所
      福井大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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