2023 年度研究成果報告書

量子スピン液体の準粒子励起を反映した非平衡磁気ダイナミクス

研究課題

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研究課題/領域番号	19K03742
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関	東北大学 (2021-2023) 横浜国立大学 (2019-2020)
研究代表者	那須譲治東北大学, 理学研究科, 准教授 (40610639)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード	量子スピン液体 / 非平衡ダイナミクス
研究成果の概要	当該研究課題では、磁性絶縁体で現れる量子スピン液体がもつ分数準粒子に由来する特異な性質が非平衡ダイナミクスにどのように現れるかを明らかにすることを目的にしている。キタエフ量子スピン液体では、マヨラナ粒子とバイゾンと呼ばれる複数の分数準粒子が現れる。本研究ではこの模型を主に実時間平均場近似法を用いて解析した。その結果、スピン励起が分数準粒子であるマヨラナ粒子によってスピンの変調なしに伝搬することや、スピンを伝搬するマヨラナ粒子は、不純物よりバイゾン励起に対して強く散乱されることを明らかにした。さらに、局所磁場を実時間で印加することで、バイゾンを空間的に移動できることを見いだした。
自由記述の分野	物性理論
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究課題では、磁性絶縁体で現れる量子スピン液体がもつ分数準粒子に由来する特異な性質が非平衡ダイナミクスにどのように現れるかを明らかにすることを目的にしている。本研究では、スピンの分数化によって生じたマヨラナ粒子が磁気励起を伝搬するという結果が得られており、これは、分数準粒子が元の物理的実体であるスピンの輸送体となり得るということを示した点で学術的意義があるだけでなく、伝搬過程で磁化変調を必要としないため、それを活用したスピントロニクスへの応用も期待される。また、分数準粒子の磁場制御も、これを情報担体とする量子計算への応用基盤を構築するという点で社会的意義がある。