対称性が自発的に破れた二次元反強磁性体のマグノン励起とスピノン励起の数値解析

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01183
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 柚木 清司 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (70532141)
• 研究分担者: 白川 知功 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 上級研究員 (40571237) ; 曽田 繁利 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 技師 (60466414)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 三角格子ハイゼンベルグ模型 / 励起ダイナミックス

研究実績の概要

最近接相互作用のみを持つ正方格子および三角格子スピンS=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型の励起ダイナミクス、特に低エネルギー励起ダイナミックスは、スピン波理論を基とするS=1マグノン励起で記述できると考えられている。本研究では、この根本的な物理的描像にチャレンジするために、昨年度から三角格子スピンS=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型の励起スペクトルを、我々が独自に開発した密度行列繰り込み群（DMRG）法や数値的厳密対角化法を用いて調べている。特に、三角格子スピンS=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型が良い模型と考えられている擬二次元物質Ba3CoSb2O9に対する中性子散乱実験で観測された励起スペクトルの起源の解明を目指している。そこでは、低エネルギー領域はコヒーレントなマグノン励起で理解できるが、高エネルギー領域におけるインコヒーレント励起の性質およびその起源が大きな問題となっている。この問題を解明するために、本年度は、SU(2)対称性が破れたXXZ模型に対する励起ダイナミックス（スピン励起スペクトルの縦成分と横成分）の解析を中心に行った。その結果、高エネルギー領域に現れるインコヒーレントな励起は、縦成分と横成分でそれほど違いが現れず模型のSU(2)対称性の破れに鈍感であることがわかった。この結果は、高エネルギー領域のインコヒーレントな励起がスピノン様であることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of phase string on single-hole dynamics in the two-leg Hubbard ladder (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Shinjo, S. Sota, T. Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 035141
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.035141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase transitions in the frustrated Ising ladder with stoquastic and nonstoquastic catalysts (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Takada, S. Sota, S. Yunoki, B. Pokharel, H. Nishimori, D. A. Lidar
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 ページ: 043013
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.043013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Resonating dimer-monomer liquid state in a magnetization plateau of a spin-1/2 kagome-strip Heisenberg chain (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, S. Sota, T. Tohyama
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 4 ページ: 161
  • DOI: 10.1038/s42005-021-00665-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic phase diagrams of the spin-1/2 Heisenberg model on a kagome-strip chain: Emergence of a Haldane phase (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, S. Sota, T. Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: 224417
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.224417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Symmetry-adapted variational quantum eigensolver (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Seki, T. Shirakawa, S. Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 101 ページ: 052340
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.101.052340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of an S=1/2 ring-exchange model on the triangular lattice (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Seki, S. Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 235115
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.235115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic excitations in magnetization plateaus of a frustrated spin ladder (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, T. Sugimoto, T. Tohyama, S. Sota
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 144407
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.144407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gapless spin liquid in a square-kagome lattice antiferromagnet (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Fujihala, K. Morita, R. Mole, S. Mitsuda, T. Tohyama, S. Yano, D. Yu, S. Sota, T. Kuwai, A. Koda, H. Okabe, H. Lee, S. Itoh, T. Hawai, T. Masuda, H. Sagayama, A. Matsuo, K. Kindo, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 11 ページ: 3429
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17235-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proximate Kitaev system for an intermediate magnetic phase in in-plane magnetic fields (2020)
  • 著者名/発表者名: B. H. Kim, S. Sota, T. Shirakawa, S. Yunoki, Y.-W. Son
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 140402
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.140402
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin dynamics in the t-t'-J model: Dynamical density-matrix renormalization group study (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Tohyama, S. Sota, S. Yunoki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 124709
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.124709
  • 査読あり
• [学会発表] kagome strip鎖における磁化プラトーを示す量子スピン液体状態 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森田克洋、曽田繁利、遠山貴巳
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 動的密度行列繰り込み群法による三角格子反強磁性ハイゼンベルク模型の励起ダイナミクスの解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 曽田繁利、遠山貴巳、白川知功、柚木清司
  • 学会等名: 第8回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題 成果報告会
• [学会発表] 動的密度行列繰り込み群法による三角格子反強磁性ハイゼンベルク模型の励起ダイナミクスの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 曽田繁利、遠山貴巳、白川知功、柚木清司
  • 学会等名: 第7回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題 成果報告会
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体の磁気励起：動的密度行列繰り込み群法によるt -t’-J模型の動的スピン構造因子の計算 (2020)
  • 著者名/発表者名: 遠山貴巳、曽田繁利、柚木清司
  • 学会等名: 第7回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題 成果報告会