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本年度では、量子スピン液体において現れる創発準粒子を制御する方法を理論提案することを目的に研究を進めてきた。それを達成するため具体的にはキタエフ量子スピン液体を考える。そこで現れる創発準粒子は磁場で制御できると考えられるため、磁場効果を詳しく調べた。低磁場領域では、マヨラナ準粒子を素励起に持つ量子スピン液体が実現するが、磁場を強くしていくと、スピン波であるマグノンを素励起に持つ強制強磁性状態へと変化する。これらがどのように繋がるかを解析するために、量子モンテカルロ法を主に用いて、厳密対角化法、スピン波近似法などを併用することで、素励起のダイナミクスを計算した。
さらに、創発準粒子を実験的に捉えるために、実験の研究グループとの共同研究も行った。例えば、ラマン散乱を用いることで、ストークス及びアンチストークス散乱スペクトルからからマグノン励起とは全く異なる散乱強度のエネルギー及び温度依存性が現れることがわかった。この結果は、キタエフ量子スピン液体を実現する候補物質である塩化ルテニウムにおいてマヨラナ準粒子の存在を示唆するものと考えられる。
また、核磁気共鳴実験においても、塩化ルテニウムにおいて緩和率に2種類のギャップの存在を示唆する結果が得られており、この結果は、スピンが2種類の準粒子に分数化していることを反映していることが期待される。
これらの研究を通して、創発準粒子を観測する方法に関しては明らかになりつつあるが、制御する方法については、まだ研究途上であるといわざるを得ないので、ここで得られた成果をもとに、準粒子を制御する実現可能な方法の確立を目指して研究を継続していく。
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