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Numerical Study of Quantum Spin-Nematic Order in Frustrated Ferromagnets and its Relation to Quantum Spin Liquids

研究課題

研究課題/領域番号 22K14008
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

Gohlke Matthias  沖縄科学技術大学院大学, 量子理論ユニット, スタッフサイエンティスト (60860666)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードQuantum Magnetism / Quantum Spin Nematic / Quantum Spin Liquid / Frustrated Magnetism / Matrix Product State / DMRG / Exact Diagonalization / Kitaev Magnets / quantum spin nematic / quantum liquid crystal / quantum spin liquid / Frustrated ferromagnets / tensor networks / matrix product states / frustrated ferromagnets
研究開始時の研究の概要

Ordering of higher-order moments, e.g. quantum spin-nematic (QSN), may occur in the absence of spin-dipolar order. In S=1/2 magnets, QSN order generically features a large degree of entanglement. Within this project I study QSN using modern numerical methods to elucidate their microscopic nature.

研究実績の概要

Competing interactions---or frustration---between the constituents of a many-body system have proven to be an origin of exotic phases of matter.
A famous example in this context are quantum spin liquids (QSL), that do not exhibit conventional magnetic order of spin-dipolar moments, but rather are defined by emergent gauge fields, fractionalized excitations, and topological order. On the other hand, ordering of higher moments like spin-quadrupoles may occur as well. Unlike spin-dipolar order, spin-quadrupolar order is defined by a director---an arrow without a head---in close analogy to the rods of nematic order and liquid crystals. Thus, spin-quadrupolar order is also named quantum spin nematic (QSN).
Within this fiscal year, we have mostly tried to address the nature of the incommensurate mode occurring within the QSN phase of the J1K model. A manuscript is now in preparation.
Our Kitaev-magnet related work obtaining a proximate Tomonaga Luttinger liquid with bond-quadrupoles similar to the QSN has been accepted for publication and is currently in the production process [Preprint available under arXiv:2212.11000]. A second manuscript is in preparation containing more details about other phases occurring in the corresponding model. Here, no additional calculations and computations are planned.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

The research has been delayed for private reasons.

今後の研究の推進方策

We are now preparing the manuscript for submission. At this point there are only a few minor questions that we may try to address before proceeding with the preparation and submission.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Proximate Tomonaga Luttinger liquid in an anisotropic Kitaev-Gamma model2024

    • 著者名/発表者名
      Matthias Gohlke, Jose Carlos Pelayo, Takafumi Suzuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Proximate Tomonaga-Luttinger Liquid with Spinon-like Excitations in an Anisotropic Kitaev-Gamma Model2024

    • 著者名/発表者名
      Matthias Gohlke
    • 学会等名
      International Conference on Highly Frustrated Magnetism, HFM 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Field Spin-Nematic State in the S=1/2 J-K Square-Lattice Frustrated Ferromagnet (Poster)2022

    • 著者名/発表者名
      Matthias Gohlke
    • 学会等名
      International conference on highly frustrated magnetism 2022, Paris
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Spin-Nematic Order in Spin-1/2 Square-Lattice Frustrated Ferromagnets (Poster))2022

    • 著者名/発表者名
      Matthias Gohlke
    • 学会等名
      29th International conference on low temperature physics, Sapporo
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Spin-Nematic Order in Spin-1/2 Square-Lattice Frustrated Ferromagnets2022

    • 著者名/発表者名
      Matthias Gohlke
    • 学会等名
      Unit seminar at Todai (Komaba Campus, host: Prof. Chisa Hotta), Tokyo
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Extended Quantum Spin Liquid with Spinon-like Excitations in an Anisotropic Kitaev-Gamma Model2022

    • 著者名/発表者名
      Matthias Gohlke
    • 学会等名
      Novel quantum states in condensed matter, YITP Kyoto
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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