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2011 年度 実施状況報告書

磁性体中のスピンの量子ネマティック状態における普遍的特性とダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23540397
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

桃井 勉  独立行政法人理化学研究所, 古崎物性理論研究室, 専任研究員 (80292499)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
キーワードスピンネマティック相 / 三角格子 / J1-J2ジグザグ鎖 / 動的物理量 / 多体スピン交換模型 / 磁気相図 / フラストレート磁性体 / スピン密度波
研究概要

スピンネマティック相の出現を理論的に検証すると同時に、その特性を明らかにするために、以下の研究を行った。1. 固体ヘリウム3薄膜の核磁性を記述する三角格子多体スピン交換模型において、スピンネマティック状態が基底状態に現れることを示した。また、この模型は、最近の固体ヘリウム3薄膜の磁化曲線中に観測されたせまい1/2磁化プラトーを良く再現することを確認した。これらの結果から、固体ヘリウム3薄膜において、スピンネマティック状態が実現していることが期待される。2. 正方格子上のJ1-J2スピン模型において、最近接相互作用J1が強磁性の時、J1とJ2の競合が強い領域において、スピンネマティック相が出現することを変分モンテカルロ計算により示した。3. N自由度を持つ一般化したJ1-J2スピン模型を用いてスピンネマティック状態を記述し、1/N展開法によりスピンネマティック相における動的物理量の振る舞いを明らかにした。4. 近年、擬1次元銅酸化物フラストレート磁性体(LiCuVO4など)が、マルチフェロイクスおよび多極子秩序相を示す系として、注目を集めている。これらは全て最近接強磁性相互作用J1と次近接反強磁性相互作用J2を持つJ1-J2スピン鎖構造を有している。我々は、J1-J2スピン鎖模型に3次元鎖間結合を加えた系を調べ、温度磁場相図を完成させた。鎖間結合の種類に依存しながらスピン密度波相またはネマティック相が低温で現れることを定量的に示した。

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

固体ヘリウム3薄膜の磁性はここ10年ぐらい間の未解決の問題であったが、この問題に対し、理論模型から一つの答えを与えた。これは特筆すべき成果であり、一つの目標が達成された。なお、震災の影響により、海外共同研究者の来日が少なくなったが、e-mailおよびスカイプ等の通信手段により、研究を遅らせることなくスムーズに進行させることができた。

今後の研究の推進方策

今後は、海外の共同研究者との共同研究を積極的に進め、2次元系におけるスピンネマテック状態の有効理論の構築へ向けて研究を進めていく。

次年度の研究費の使用計画

2011年度は震災の影響により、海外の共同研究者の来日が予定よりも大きく減った。そのため海外との共同研究を次年度に移行して行うこととなった。次年度に使用する全ての研究費により、海外からの共同研究者の招へいを行うと共に、自ら海外に出張し、共同研究を進める予定である。また、次年度は、カナダで開催される当該分野の国際会議"Highly Frustrated Magnetism 2012"およびイギリスで開催される国際会議"Quantum Fluids and Solids 2012"に出席し、研究成果を発表する予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] NMR relaxation rate in the field-induced octupolar liquid phase of spin-1/2 J1-J2 frustrated chains2011

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, T. Hikihara, and T. Momoi
    • 雑誌名

      J. Phys.: Conf. Ser.

      巻: 320(1) ページ: 012014/1-6

    • DOI

      10.1088/1742-6596/320/1/012014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Projective studies of spin nematics in a quantum frustrated ferromagnet2011

    • 著者名/発表者名
      R. Shindou, S. Yunoki, and T. Momoi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84(13) ページ: 134414/1-15

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.134414

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase diagram of the classical Heisenberg antiferromagnet on a triangular lattice in an applied magnetic field2011

    • 著者名/発表者名
      L. Seabra, T. Momoi, P. Sindzingre, and N. Shannon
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84(21) ページ: 214418/1-14

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.214418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin nematic order in multiple-spin exchange models on the triangular lattice2011

    • 著者名/発表者名
      T. Momoi, P. Sindzingre, and K. Kubo
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 108(5) ページ: 057206/1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.057206

    • 査読あり
  • [学会発表] 磁場中三角格子古典ハイゼンベルグ模型の相転移2012

    • 著者名/発表者名
      Luis Seabra、桃井 勉、Philippe Sindzingre、Nic Shannon
    • 学会等名
      日本物理学会 第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫県)
    • 年月日
      2012年3月25日
  • [学会発表] Competition between Spin Nematic and Spin Density Wave Orders in Spatially Anisotropic Frustrated Magnets in Magnetic Fields2012

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Sato, Toshiya Hikihara and Tsutomu Momoi
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2012年2月28日
  • [学会発表] 三角格子多体スピン交換模型におけるスピンネマティック状態の秩序変数2011

    • 著者名/発表者名
      桃井 勉、Philippe Sindzingre、久保 健
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011年9月22日

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公開日: 2013-07-10  

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