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2012 年度 実績報告書

量子スピン系と古典ダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 21540381
研究機関東京大学

研究代表者

押川 正毅  東京大学, 物性研究所, 教授 (50262043)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード統計力学 / 物性基礎論 / 磁性 / 量子ダイナミクス / 量子臨界現象 / 国際研究者交流 アメリカ合衆国
研究概要

まず、前年度の研究を発展させ、S=1反強磁性量子スピン鎖におけるESRシフトの定量的理論を、1次の摂動論と量子モンテカルロシミュレーション、有効理論の方法などを組み合わせて構築した。その結果、単一イオン異方性を持つ系の実験データと良い一致を見ただけでなく、他の実験では区別をつけにくい単一イオン異方性と交換相互作用の異方性をESRシフトのデータを基に判別する方法を提案した。
さらに、有効交替磁場を持つS=1/2反強磁性量子スピン鎖のESRにおける鎖端の効果を考察した。この系のESRは有効理論である量子サイン・ゴルドン場の理論と、それに現れる素励起によって良く記述されることが知られている。しかし、近年の実験で理論的に予想されなかった共鳴がいくつも発見され、課題となっていた。現実の物質系では、不純物などにより鎖が切断され鎖端がある濃度で存在すると考えられる。我々は、この系のESRにおよぼす鎖端の効果を解析し、素励起の端における束縛状態が生じること、及び端の存在によって選択則が変化しバルクでは禁制となっている遷移が可能となること、の2つの要因による新たな共鳴を見出した。また、これらは実験で見出されたものと良く一致する。このように、量子効果と端の効果の相乗による新たな現象を明らかにした。
ボンド交替と次近接相互作用を有するS=1/2およびS=1反強磁性鎖量子スピン鎖も、やはり量子サイン・ゴルドン場の理論によって有効的に記述される。モデルがスピン空間の回転について等方的である場合、素励起であるソリトン・反ソリトン・第1ブリーザーと、第2ブリーザーの質量(励起ギャップ)の比は√3になるはずだが、実際の系ではかなり異なっている。これはマージナリー・イレレバントな摂動に起因するが、我々はくりこみ群方程式からスケーリング則を求め、S=1/2とS=1における数値的な結果を良く説明することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
理由

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Electron spin resonance shifts in S=1 antiferromagnetic chains2013

    • 著者名/発表者名
      S. C. Furuya, Y. Maeda, and M. Oshikawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev

      巻: B 87 ページ: 125122

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.87.125122

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mass ratio of elementary excitations in frustrated antiferromagnetic chains with dimerization2012

    • 著者名/発表者名
      S. Takayoshi and M. Oshikawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev

      巻: B 86 ページ: 144408

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.86.144408

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Boundary Resonances in S=1/2 Antiferromagnetic Chains Under a Staggered Field2012

    • 著者名/発表者名
      S. C. Furuya and M. Oshikawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett

      巻: 109 ページ: 247603

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.109.247603

    • 査読あり
  • [雑誌論文] [対談]素粒子論と物性論の出会い: アクシオンとトポロジカル絶縁体がもたらす夢2012

    • 著者名/発表者名
      大栗博司、押川正毅
    • 雑誌名

      科学 (岩波書店)

      巻: 82 ページ: 747~755

  • [学会発表] Boundary Bound States in S=1/2 Antiferromagnetic Chains and Electron Spin Resonance

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      International Conference on Superconductivity and Magnetism
    • 発表場所
      Kumburgaz, Istanbul, Turkey
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamical Theory of Superfluidity in One Dimension

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      New quantum states of matter in and out of equilibrium: Conference
    • 発表場所
      Galileo Galilei Institute, Florence, Italy
    • 招待講演
  • [学会発表] Instability in magnetic materials with dynamical axion field

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Topological States of Matter: Insulators, Superconductors, and Quantum Hall Liquids
    • 発表場所
      NORDITA, Stockholm, Sweden
    • 招待講演
  • [学会発表] Boundary resonances in S=1/2 antiferromagnetic chains under staggered field

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      QCMD VI Joint Meeting New States of Matter and their Excitations
    • 発表場所
      Oak Ridge National Laboratory, USA
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的なアクシオン場を持つ磁性体における電場誘起相転移

    • 著者名/発表者名
      大栗博司、押川正毅
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
  • [学会発表] Dynamical Theory of Superfluidity in One Dimension

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Quantum Dynamics in Far from Equilibrium Thermally Isolated Systems
    • 発表場所
      Kavli Institute for Theoretical Physics, UC Santa Barbara, USA
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的現象としての 1 次元超流動

    • 著者名/発表者名
      押川正毅
    • 学会等名
      統計物理学懇談会
    • 発表場所
      学習院大学大学(東京都)
    • 招待講演
  • [備考] Todai Research: 未発見の素粒子がトポロジカル絶縁体で活躍

    • URL

      http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/todai-research/editors-choice/theory-of-undiscovered-elementary-particle-applied-to-topological-insulator/

  • [備考] IPMU プレスリリース: アクシオン場を持つ磁性体における新現象の予言

    • URL

      http://www.ipmu.jp/ja/node/1270

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公開日: 2014-07-24  

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