スピンの量子的秩序に基づいた磁気熱流制御

2018 年度 研究成果報告書

• 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
• 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

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。

自由記述の分野

量子磁性、スピントロニクス

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。