|
2次元量子三角格子反強磁性体の低エネルギー状態の研究
近年発見された三角格子上の2次元量子反強磁性体NiGa2S4では、実験の最低温度でも磁気相転移の兆候が熱力学量に現れず、また、中性子回折によると磁気相関長が格子間隔の数倍程度に留まっていることから、磁気転移を伴わないスピン液体状態が実現していることが示唆されている。他方、2次元三角格子上の量子反強磁性体に関する理論的研究はこれまで数多くなされてきており、絶対零度では120度構造の磁気転移を起こすと考えられている。しかしながら、転移温度以上において臨界揺らぎが、物理量にいかなる影響を及ぼすかについては、これまで十分な理論研究がなされていなかった。上述のNiGa2S4の実験結果を解釈する上でも、転移温度以上の有限温度での低エネルギーの性質を理解することは重要である。このような観点から、2次元量子三角格子反強磁性体の低エネルギー有効理論と考えられている0(3)×0(2)の対称性を持ったGinzburg-Landau-Wilson型の有効場理論に基づいて、非摂動的繰り込み群と呼ばれる手法を用いた解析を行った。その結果、この系では絶対零度で120度構造の磁気秩序を起こすが、その転移を誘起する揺らぎが有限温度で激しく発達して転移を1次的なものへと変えることが分かった。また、有限温度では、この1次転移を誘発する揺らぎが発達している領域と2次元の古典的な熱揺らぎで支配されている領域とのクロスオーバーが起こり、十分低温度では、前者の振る舞いで種々の性質が決定されることが明らかになった。特に1次転移を誘発する揺らぎが優勢な領域では、あたかも2次元のスピン波のような擬似的ボゾン励起で物理量の振る舞いが特徴付けられることが分かった。この結果は上述のNiGa2S4の実験結果を部分的に説明するものである。すなわち、この系では三角格子という幾何学的フラストレーションと2次元性の効果で転移温度が著しく抑えられ、転移温度近傍での臨界揺らぎによって物性が決定されていると考えられる。
|
