| 研究課題/領域番号 |
20K03840
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
杉本 貴則 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 講師 (70735662)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 量子スピン / クラスタ / 量子機能性 / 分数化 / ホールデン状態 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、クラスタ単位量子スピン系を用いて新たな量子機能性を探索し、その機能性発現に最適な量子系を提案することが目的である。この目的を達成するため、初年度はまず、この本研究課題のきっかけとなったクラスタ単位ホールデン状態を発現する量子模型の条件を理論的に整理し、さらにこれを他のクラスタ内部自由度に拡張することで、新しい（準）分数化機構を考案した。前者の条件は、奇数個のスピンで構成されるクラスタにも適用でき、この場合はホールデン状態が有限磁化プラトーとして現れることを示した。本研究内容は、米学術誌「Physical Review Research」にて発表した。また、後者の場合では、３スピン・クラスタにより構成される三角スピンチューブ格子に注目し、３スピン格子の内部自由度であるカイラリティとスピンの結合系を考案した。このカイラリティ自由度は、低エネルギー領域において、擬スピンとみなすことができるので、スピンとの結合を考えることにより、三重項状態を構成することができる。このクラスタ内の局所的な三重項状態に対し、クラスタ間相互作用を導入することで、カイラリティにサポートされたクラスタ単位ホールデン状態を構成することができる。さらに、このホールデン状態では、端状態として現れる１／２スピンが、実スピンとカイラリティ由来の擬スピンで構成されるため、実スピンの寄与として丁度半分に相当する１／４スピン磁化しか磁場に応答しなくなる。このスピンの（準）分数化機構を用いれば、さらに特異で興味深い新奇量子状態を生み出すことができると期待される。本研究成果は、現在論文にまとめており、近々学術誌に投稿する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題では、（i）クラスタ単位量子スピン系を用いて新たな量子機能性を探索し、（ii）その機能性発現に最適な量子系を提案すること、が目的である。これまでの研究で、この２つの目的の理論的な部分を具体的な模型を設定することで完遂することができた。一方で、(ii)の目的の中には、「実験的に実現可能な」量子系の提案という内容も含まれている。これまでの研究で明らかにした有限磁化プラトーとしてクラスタ単位ホールデン状態を発現する模型は、物質中でも十分実現可能なものになっているが、まだその候補物質の特定には至っていない。一方、カイラリティにサポートされたクラスタ単位ホールデン状態を発現する理論模型では、物質中では構成しにくい相互作用も含まれており、これをそのまま実験的に再現するのは難しいと考えられる。いまだ、これらを実験可能なものとして提案できていないという点で、期待以上の成果にはつながっていないが、理論的な研究は当初の予定どおり進んでいるという点で、本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題の目的である（i）クラスタ単位量子スピン系を用いて新たな量子機能性を探索し、（ii）その機能性発現に最適な量子系を提案することのうち、(ii)の内容に含まれる「実験的に実現可能な」量子系の提案を達成するために、今後、物質合成や構造解析などを専門とする実験研究家とも議論を重ね、この候補物質探索に取り組む予定である。また、これまでの研究では、その対象として、新しいクラスタ単位ホールデン状態の発現を目指し、研究を進めてきた。この対象を今後は他の量子多体状態に拡張する。具体的には、キタエフ鎖模型やボンド交替模型など、異なるトポロジーを持つ模型を用いて、従来では考えられないような量子機能性の発現を探索する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染予防のため、参加予定であった学会や研究会が中止、もしくはオンライン開催に変更になったため、計上していた旅費が一切使用できなかったため。次年度以降、学会参加費や共同研究のための出張費として使用を見込んでおり、余剰分はより精度の高い計算を行うための計算機購入に充てる予定である。
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