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

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 17340100
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 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: 奥西 巧一 新潟大学, 理学部, 助教 (30332646) ; 岡本 清美 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (40152342) ; 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) ; 大塚 雄一 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, 研究員 (30390652) ; 利根川 孝 福井工業大学, 工学部, 教授 (80028167)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 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。
また、磁化過程に現れる新しい現象を理論的に研究した。まず飽和磁化付近における摂動論による解析的な研究により、従来予測されていたギャップレスの朝永・ラッティンジャー液体相の中に、新しいカイラル秩序相、及び不均一磁化秩序相が現れる場合があることが示された。いずれの相も、従来の2成分朝永・ラッティンジャー液体相のうちの1成分が存続しているため、長距離秩序が存在すると同時にギャップレスの励起スペクトルを伴うもので、まだ発見されていない新しい磁場誘起秩序相である。

研究成果

• [雑誌論文] Novel ordering of an S=1/2 quasi one-dimensional Ising-like anitiferromagnet in magnetic field (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Kimiura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 100 ページ: 057202-1-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel ordering of an S=1/2 quasi one-dimensional Ising-like anitiferromagnet in magnetic field (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Kimura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 100 ページ: 057202-1-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Field-Induced Incommensurate Order in Frustrated Spin Ladder (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 19 ページ: 145231-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnon bands of N-leg integer-spin antiferromagnetic systemsin the weak interchain-coupling regime (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 014404-1-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coexistence of vector chiral order and Tomonaga-Luttinger liquid in the frustrated three-leg spin tube in a magnetic field (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 174407-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exotic Finite-Temperature Phase Diagram for Weakly Coupled S=1/2 XXZ Chain in a Magnetic Field (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Suzuki
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76 ページ: 123707-1-4
  • 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 for the quasi-one-dimensional XXZ model in a magnetic field (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Physical Review B 76 ページ: 224411-1-5
  • 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 order-disorder transition driven by a softening of spinon excitation (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Kimura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 99 ページ: 087602-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wilson-like real-space renormalization group and low-energy effective spectrum of the XXZ chain in the critical regime (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76 ページ: 063001-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Filling dependence of the zigzag Hubbard ladder for the quasi-one-dimensional superconductor Pr_2Ba_4Cu_7O<15-δ> (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 174514-1-4
  • 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 Transition in the Three-leg Spin Nanotube (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: e423-e425
  • 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 satate of an S=1 zigzag ladder (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Tonegawa
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: e372-e374
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplay between the trimerization and frustration in spin-1/2 disordered diamond type spin chain with the XXZ anisotropy (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Okamoto
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: e457-e459
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vector chirality and inhomogeneous magnetization in three-leg frustrated antiferromagnetic spin tubes in high magnetic fields (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 014400-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Spin Flop Transition in Nanowire Ferrimagnets (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Physica E 40 ページ: 359-362
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Third Magnetization Plateau in an Anisotropic(S,S')=(1,2)Spin-Alternating Chain (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Tonegawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76 ページ: 124701-1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Applications of path-integral renormalization group method combined with density functional theory (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Imai
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 19 ページ: 36230-1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Filling dependence of the zigzag Hubbard ladder for the quasi-one-dimensional superconductor Pr2Ba4Cu7O15-δ (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Okunishi
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 174514-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vector chirality and inhomogeneous magnetization in three-leg frustrated antiferromagnetic spin tubes in high magnetic field (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 014400-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Quantum Spin Flop Transition in Nanowire Ferrimagnet (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Physica E 40 ページ: 359-362
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] One-Third Magnetization Plateau in an Anisotropic(S, S')=(1,2)Spin-Alternating Chain (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Tonegawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76 ページ: 124701-1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Theory of Excitation Modes in Diamond Chain Compound Cu3(CO3)2(OH)2 (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Matsumoto
  • 雑誌名: Physica B 378-380 ページ: 1037-1038
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bosonic representation of spin operatorsin the field-induced critical phase of spin-1 Haldane chains (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sato
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics 9 ページ: 09001-1-34
  • 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 quasi-1D S=1 antiferromagnet (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 850 ページ: 1065-1066
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polaronic effect in lightly doped high-Tc cuprates (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 850 ページ: 553-554
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the Collective Magnetic Excitation in the Single-Chain Magnet (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Oshima
  • 雑誌名: Physical Review B 73 ページ: 214435-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Computation of YVO3 ; Combining Path-lntegral Renormalization Group with Density-Functional Approach (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Otsuka
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 75 ページ: 124707-1-8
  • 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 Frustrated Spin Chain (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Maeshima
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 18 ページ: 4819-4826
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reply to the comment on "Experimental Observation of the 1/3 Magnetization Plateau in a Diamond Chain Compound Cu3(CO3)2(OH)2" (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 97 ページ: 089702-1-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin correlation and relaxation dynamics in molecular-based single-chain magnets (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Kishine
  • 雑誌名: Physical Review B 74 ページ: 224419-1-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Magnetization Plateau of an Anisotropic Mixed Spin Chain (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 51 ページ: 163-166
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1/3 magnetization plateau in a one-dimensional anisotropic ferrimagnet (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Tonegawa
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 51 ページ: 171-174
  • 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 quasi-1D S=1 Antiferromagnet (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 850 ページ: 1065-1066
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Polaronic effect in lightly doped high-Tc cuprates (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: AIP Conference Proceeding 850 ページ: 553-554
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] First-Principles Computation of YVO3 ; Combining Path-Integral Renormalization Group with Density-Functional Approach (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Otsuka
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 75 ページ: 124707-1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [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] Transport Properties of Organic Spin-Gapped Antiferromagnet (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Synthetic Metals 152 ページ: 477-480
  • 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] 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(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Properties, of the Diamond Chain Compound Cu3(CO3)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
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetization Plateau of S=1 Spin Ladder BIP-TENO (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Kikuchi
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 159 ページ: 251-255
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Observation of the 1/3 Magnetization Plateau in a Diamond Chain Compound Cu3(CO3)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
  • 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] Frustration-Induced Enhancement of the Incommensurate Fluctuation in 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(欧文)」より
• [雑誌論文] Impurity Pinning of Spin Density Wave (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 雑誌名: Synthetic Metals 157 ページ: 148-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [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] Experimental Observation of the 1/3 Magnetization Plateau in a Diamond Chain Compound Cu3(CO3)2(OH)2 (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi
  • 雑誌名: 1 Review Letters 94 ページ: 227201-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ground-State Phase Diagram of the S=1/2 Distorted Diamond 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(欧文)」より
• [学会発表] Two-step spin flop transition in quantum spin ladders (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: March Meeting of American Physical Society
  • 発表場所: New Oleans
  • 年月日: 2008-03-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Field-induced incommensurate order in quasi-1D quantum systems : Bose-Einstein condensation and possible supersolid of magnons (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
  • 発表場所: Gifu
  • 年月日: 2007-11-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 3本鎖スピンチューブの磁化過程 (2007)
  • 著者名/発表者名: 坂井徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2007-09-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Magnetization Process of the three-leg spin tube (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: Meeting of Physical Society of Japan
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2007-09-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Future prospects of spin tubes (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: Work Shop on Spin Tube-Recent Progresses and Future Prospects
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2007-07-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Future prospects of spin tubes (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: Work Shop on Spin Tube
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2007-07-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Field-induced incommensurate order in quasi-1D quantum spin systems : Bose-Einstein condensation and possible supersolid of magnons (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: International Conference on Statistical Physics
  • 発表場所: Genova
  • 年月日: 2007-07-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Field-induced incommensurate order in quasi-1D quantum spin systems : Bose-Einstein condensation and possible supersolid of magno (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: International Conference on Statistical Physics
  • 発表場所: Genova
  • 年月日: 2007-07-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Selection Rules for the Direct Transition of Spin Gap (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: New Developments in ESR of Strongly Correlated Systems
  • 発表場所: Kashiwa
  • 年月日: 2007-05-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Finite-temperature simulation based on the Lanczos algorithm for low-dimensional strongly correlated electron systems ; high-Tc superconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: Joint International Topical Meeting on Mathematics & Computations and Supercomputing in Nuclear Applications
  • 発表場所: Monterey(USA)
  • 年月日: 2007-04-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Possible field-induced supersolid in quasi-1D frustrated quantum spin systems (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: International Workshop "Physics of Supersolids and Related Topics"
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2007-04-02
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Finite-temperature simulation based on the Lanczos algorithm for low-dimensional strongly correlated electron systems ; high-Tc superconductors
  • 著者名/発表者名: T.Sakai
  • 学会等名: Joint International Topical Meeting on Mathematics & Computations and Supercomputing in Nuclear Applications
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より