2次元量子固体の磁性における多体交換相互作用の理論的解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10203202
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 久保 健 青山学院大学, 理工学部, 教授 (30015862)
• 研究分担者: 桃井 勉 筑波大学, 物理学系, 助手 (80292499) ; 羽田野 直道 青山学院大学, 理工学部, 助教授 (70251402)
• キーワード: ヘリウム3固体薄膜 / 多体交換 / 3角格子 / スピン模型 / 非整合整合相転移 / スピン波 / フラストレーション / モンテカルロ法

研究概要

平成12年度は以下の研究を行った。
1)3角格子上の4体交換相互作用を含む多体交換スピン模型の基底状態について研究を行った。反強磁性2体相互作用の強い領域に4体相互作用を加えて行くと120度スピン構造が不安定になることがスピン波の計算で示されていたが、そこでどのような基底状態が実現するのか従来不明であった。我々は大きな(最大144)副格子構造を仮定し、共役傾斜法を用いて基底状態を探索した。その結果、パラメタの変化に伴ないこれまで知られていなかった様々な基底状態が現われる事を見出した。120度スピン構造の不安定化によって生ずる状態は6副格子をもつ状態である。強磁性状態についても、従来の結果より弱い4体交換相互作用によって不安定化し12副格子構造を持つ状態に移る事が明らかになった。また外部磁場の効果についても調べ、磁場によって新しい基底状態が実現する事が明らかになった。今後これらの状態への有限温度の相転移と量子効果を明らかにして行く予定である。(久保・桃井)
2)ヘリウム3薄膜固体は密度が増加すると非整合相から整合相へ相転移するが、我々はこの相転移を格子欠陥(ソリトン)の集合の相転移として捉え、理論的な解析を行い、この相転移の性格を明らかにした。(桃井)
3)3次元のスピングラスのモンテカルロ・シミュレーションを行い,低温相の性質について液滴描像を示唆する結果を得た.スピングラスの低温相については理論上,平均場描像と液滴描像が激しく対立している.本研究では2変数マルチカノニカル法というシミュレーション法を採用することにより,従来の方法よりも低温で大幅に計算効率を改善することができた。(羽田野)

研究成果

• [文献書誌] K.Nagai,T.Momoi and K.Kubo,: "Magnetic Order in the Double Exchange Model in Infinite Dimensions"J.Phys.Soc.Jpn. Vol.69. 1837-1844 (2000)
• [文献書誌] T.Momoi and K.Totsuka: "Magnetization Plateaus on Two-Dimensional Frustrated Antiferromagnets"Can.J.Phys.. (in press). (2001)
• [文献書誌] Momoi and K.Totsuka: "Magnetization Plateaus of the Shastry-Sutherland lattice : SDW, Superfluid, and Bound States"Phys.Rev.B. Vol.62. 15067-15078 (2000)
• [文献書誌] Momoi and K.Totsuka: "Magnetization Plateaus in Two-Dimensional Spin Systems"Physica D. Vol.284-288. 1461-1462 (2000)
• [文献書誌] Momoi and K.Totsuka: "Magnetization Plateaus as Insulator-Superfluid Transitions in Quantum Spin Systems"Phys.Rev.B. Vol.61. 3231-3234 (2000)
• [文献書誌] Naomichi Hatano and James E.Gubernatis: "A Bivariate Multicanonical Monte Carlo of the 3D +-J Spin Glass in "Computer Simulation Studies in Condensed-Matter Physics XII"eds."D.P.Landau, S.P.Lewis and H.-B.Schuttler. Springer. pp.149-161 (2000)
• [文献書誌] Naomichi Hatano and James E.Gubernatis: "A Multicanonical Monte Carlo Study of the 3D ±J Spin Glass"Prog.Theor.Phys.Suppl.. Vol.138. 442-447 (2000)
• [文献書誌] H.Nakata,N.Hatano,N.Furukawa and K.Kubo: "ARK : A Pentium II/Linux Cluster"Prog.Theor.Phys.Suppl.. Vol.138. 757-758 (2000)
• [文献書誌] Jim Gubernatis and Naomichi Hatano: "The Multicanonical Monte Carlo Method"Computing in Science and Engineering. Vol.2. 95-102 (2000)
• [文献書誌] 久保健: "量子スピン系における秩序(講義ノート)"物性研究. Vol.75. 175-226 (2000)