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2007 年度 実績報告書

リング交換・フラストレーションをもつ磁場中量子スピン系におけるカイラリティ秩序

研究課題

研究課題/領域番号 18043003
研究機関北海道大学

研究代表者

引原 俊哉  北海道大学, 大学院・理学研究院, 准教授 (00373358)

研究分担者 山本 昌司  北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (90252551)
キーワード物性理論 / 磁性 / 量子スピン系 / フラストレーション / リング交換相互作用 / カイラリティ秩序 / 新奇量子相 / 密度行列繰り込み群法
研究概要

昨年度に引き続き、リング交換・フラストレーションをもつ磁場中量子スピン系における、新奇量子相の探求を行った。まず、リング交換を含んだ磁場中二本鎖梯子ハイゼンベルグ量子スピン系の解析を行い、この系の磁気相図を決定した。その結果、この系では、2つのマグノンが作るマグノン束縛対がBose凝縮したスピンネマティック状態や、ベクトルカイラリティが支配的な朝永・ラッティンジャー流体などの新奇量子相が実現されることを発見し、それら新奇量子相の出現条件と、その特性を明らかにした。
また、リング交換を含んだジグザグ梯子ハイゼンベルグ量子スピン系に関する研究を行い、これまでに知られていなかった部分強磁性相や新奇非磁性相を含んだ、基底状態相図を決定した。さらに、実在の量子細線の電子密度や閉じ込めポテンシャル強度と、スピンモデルの相互作用パラメータを関連付けることで、今回発見した新奇量子相が、実際の量子細線において実現可能と期待されるパラメータ領域に存在することを示した。
さらに、最近接強磁性相互作用と次近接反強磁性相互作用が競合した、磁場中ジグザグ梯子ハイゼンベルグ量子スピン系の研究も行い、この系の磁気相図を決定した。その結果、この系では、低磁場領域でベクトルカイラリティ長距離秩序を伴うベクトルカイラリティ相が、また、高磁場領域で複数のマグノンが束縛状態を形成するマグノン束縛相が実現されることを明らかにした。この結果は、LiCuVO_4など、実在の擬一次元磁性体の性質を理解する上で重要な結果である。
また、ダイヤモンド型量子スピン鎖におけるリング交換相互作用の効果についても調べ、リング交換相互作用による新奇な非磁性状態の出現を予言する結果を得た。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Magnetic Phase Diagram of Spin-1/2 Two-Leg Ladder with Four-Spin Ring Exchanges2008

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Hikihara and Shoji Yamamoto
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan 77

      ページ: 014709-1-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin coupling in zigzag Wigner crystals2007

    • 著者名/発表者名
      A. D. Klironomos, J. S. Meyer, T. Hikihara and K. A. Matveev
    • 雑誌名

      Physical Review B 76

      ページ: 075302-1-11

    • 査読あり
  • [学会発表] Novel quantum states in a frustrated ferromagnetic chain under a magnetic field2008

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉、L. Kecke、 桃井勉、古崎昭
    • 学会等名
      文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「フラストレーションが創る新しい物性」第1回トピカルミーティング「フラストレート新規物質」
    • 発表場所
      京大会館(京都市)
    • 年月日
      20080111-12
  • [学会発表] フラストレーションをもつ最近接強磁性=次近接反強磁性ジグザグスピン鎖の磁気相図2008

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉, L. Kecke, 桃井勉, 古崎昭
    • 学会等名
      日本物理学会 第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学(東大阪市)
    • 年月日
      2008-03-23
  • [学会発表] 4体リング交換に起因するフェリ磁性-非磁性量子相転移2008

    • 著者名/発表者名
      大原潤, 引原俊哉, 山本昌司
    • 学会等名
      日本物理学会 第63回年次大会
    • 発表場所
      近畿大学(東大阪市)
    • 年月日
      2008-03-23
  • [学会発表] Effects of ring exchanges in spin ladder systems2007

    • 著者名/発表者名
      T. Hikihara, S. Yamamoto, A. D. Klironomos, J. S. Meyer and. K. A. Matveev
    • 学会等名
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials(PSM2007)
    • 発表場所
      長良川国際会議場(岐阜市)
    • 年月日
      20071029-30
  • [学会発表] Ring-Exchange-Induced Breakdown of Ferrimagnetic Ground States2007

    • 著者名/発表者名
      Jun Ohara, Shoji Yamamoto and Toshiya Hikihara
    • 学会等名
      International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials(PSM2007)
    • 発表場所
      長良川国際会議場(岐阜市)
    • 年月日
      20071029-30
  • [学会発表] リング交換を持つジグザグ梯子スピン系の基底状態2007

    • 著者名/発表者名
      A. Klironomos, J. Meyer, 引原俊哉, K. A. Matveev
    • 学会等名
      日本物理学会 第62回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2007-09-24

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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