スピンナノチューブの異常量子現象の理論的・計算科学的研究

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17340100
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 坂井 徹 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (60235116)
• 研究分担者: 松本 宗久 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30374888) ; 奥西 巧一 新潟大学, 自然科学系, 助手 (30332646) ; 岡本 清美 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40152342) ; 野村 拓司 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究職 (90373240) ; 佐藤 正寛 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 博士研究員 (90425570)
• キーワード: スピンナノチューブ / スピンギャップ / 量子相転移 / 低次元系 / ナノ磁性体

研究概要

スピンナノチューブの中でも最も簡単な系である3本足スピンチューブを出発点として、この系の理論的研究から取り掛かった。まず口径が正三角形の場合について、この系のスピン励起のギャップ(スピンギャップ)に起因した量子相転移の性質を、有限サイズの系に対する行列の数値的厳密対角化と密度行列繰り込み郡により数値的に計算し、有限サイズスケーリングを適用して解析した。その結果、従来から予想されていたように、桁方向の反強磁性的相互作用が少しでもあるとスピンギャップが開くこと、また桁方向の相互作用が強磁性的である場合にはギャップレスであることが判明した。また、口径が正三角形から二等辺三角形になるような歪みが加わった場合の、この系の応答を同様の方法で解析した結果、正三角形からのずれに対して非常に急激にスピンギャップが消失する量子相転移が起き得ることが示された。ただし、この量子相転移のユニバーサリティクラスや正確な臨界点などは、まだ明確になっていないため、今後は共型場理論に基づく有限サイズスケーリングや最近開発されたレベルスペクトロスコピー法などを適用して、詳細な性質の解明を進めたい。本年は初年度のため、密度行列繰り込み郡による数値計算に使用するワークステーションを新潟大に、また解析計算やプレゼンテーションに使用するノートパソコンを東京工業大学に購入した。また、これまでに合成されているスピンナノチューブについての情報収集と、今後の研究の進め方を討論するために、9月に東北大学金属材料研究所において、関係者を集めて研究会を行った。また、海外のスピンナノチューブ研究グループと情報交換をするため、坂井がラウエ・ランジュヴァン研究所・スイス連邦工科大などを訪問して研究打ち合わせを行った。

研究成果

• [雑誌論文] Field-induced Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Transition and String-Density Plateau in Anisotropic Triangular AF Ising Model (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Otsuka
  • 雑誌名: Physical Review E (掲載決定)
• [雑誌論文] Product Wave Function Renormalization Group : construction from the matrix product point of view (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ueda
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 75 ページ: 014003-1-8
• [雑誌論文] Transport in Gapped Quantum Antiferromagnets (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 191-195
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bond-Alternating S=1 Spin Ladder in Magnetic Field (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kikuchi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 169-172
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetization Process of the S=1 frustrated Two-Leg Ladder (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Okamoto
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 165-168
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frustration-Induced Enhancement of the Incommensurate Fluctuation in the S=1/2 Bond-Alternating Spin Chain (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Maeshima
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 63-66
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impurity Pinning of Spin Density Wave (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 157 ページ: 148-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-Induced Incommensurate Order in Spin Ladder with Ring Exchange (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solid 66 ページ: 1450-1453
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy Gap of Spin Nanotubes (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Physica E 29 ページ: 633-636
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ground-State Phase Diagram of the S=1/2 Distorted Diamond Type Spin Chain with Ferromagnetic Interactions (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Okamoto
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 17-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite-Field Ground State of the S=1 Anisotropic Frustrated Antiferromagnetic Chain (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tonegawa
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 77-81
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-energy excitations of the S=1/2 quantum spin tube with triangular lattice structure (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 297-301
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elementary Excitations of Nanowire Magnets (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 308-313
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum phase transitions of spin chiral nanotubes (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Matsumoto
  • 雑誌名: Physica E 29 ページ: 660-663
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transport Properties of Organic Spin-Gapped Antiferromagnets (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Synthetic Metals 152 ページ: 477-480
• [雑誌論文] Magnetic Properties, of the Diamond Chain Compound Cu_3(CO_3)_2(OH)_2 (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 1-10
• [雑誌論文] Magnetization Plateau of S=1 Spin Ladder BIP-TENO (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 251-255
• [雑誌論文] Experimental Observation of the 1/3 Magnetization Plateau in a Diamond Chain Compound Cu_3(CO_3)_2(OH)_2 (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 94 ページ: 227201-1-4
• [雑誌論文] Real-space renormalization group approach for the corner Hamiltonian (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 3186-3192
• [雑誌論文] Effect of Staggered Field on the Magnetization Process of S=1/2 Antiferromagnetic Chains (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Matsuo
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 158-162
• [雑誌論文] Fractional Sz excitation and its bound state for the S=1/2 antifeiromagnetic zigzag spin chain in a magnetic field (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 151-156
• [雑誌論文] Half plateau phase diagram in generalized zig-zag spin ladder (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Tokuno
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 265-270
• [雑誌論文] Ground-state phase diagram of the distorted diamond type S=1/2 quantum spin chain with the XXZ anisotropy (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Okamoto
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 66 ページ: 1442-1445
• [雑誌論文] Finite-Field Ground State of the S=1 Antiferromagnetic-Ferromagnetic Bond-Alternating Chain (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tonegawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 161-164
• [雑誌論文] Inversion phenomena and phase diagram of the S=1/2 distorted diamond chain with the XXZ interaction anisotropy (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Tokuno
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Supplement 74 ページ: 157-160
• [雑誌論文] Theory of Transport Properties in the p-wave Superconducting State of Sr_2RuO_4-A Microscopic Determination of the Gap Structure (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Nomura
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 1818-1829
• [雑誌論文] Charge dynamics in strongly correlated one-dimensional Cu-O chain systems revealed by inelastic x-ray scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Suga
  • 雑誌名: Physical Review B 72 ページ: 081101
• [雑誌論文] Randomly Diluted e_g Orbital-Ordered Systems (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review Letters 95 ページ: 267204-1-4