低次元量子スピン系における非磁性基底状態と磁場誘起スピンギャップの理論的新展開

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540329
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 岡本 清美 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40152342)
• Keywords: 量子スピン / 非磁性基底状態 / 磁場誘起スピンギャップ / 磁化プラトー / レベルスペクトロスコピー / フラストレーション

Research Abstract

1次元および準1次元量子スピン系のいくつかのモデルに対して,無磁場および磁場中の基底状態について解析的数値的に研究を行った.特に,無磁場中の非磁性基底状態と磁場中のスピンギャップ状態に焦点が当てられている.主な具体的成果は以下の通りである.
1.BIP-TENOと略称される梯子状有機スピン系で観測された磁場誘起スピンギャップ(飽和磁化の1/4のところ)に対して,その機構を提案し,観測された磁化曲線を定性的に説明した.
2,歪んだダイヤモンド型格子のスピン鎖に対して,その無磁場および磁場中基底状態を解析的数値的に詳細に調べた.この系では量子パラメーターの変化に伴って種々の相が現れ,特に磁場中スピンギャップの生成機構の交代が見られる.このモデルは藍銅鉱のよいモデルになっており,藍銅鉱で観測された磁場中スピンギャップを少なくとも定性的に説明している.
3.staggeredタイプのボンド交代を起こした量子スピン梯子系については,従来その相図に2説あって決着がついていなかった.この問題について,数値的対角化とレベルスペクトロスコピーを用いて決定的結論を得た.
4.三量体性,フラストレーション,相互作用の異方性,の三つを併せ持つスピン系に対して,異方性逆転現象が起こることを発見した.すなわち,ある量子パラメーター領域で,相互作用異方性がXY的であるにもかかわらずネール基底状態が実現され,相互作用異方性がイジング的であるにもかかわらずスピン液体基底状態が実現される,という場合がある.この現象は従来の常識を覆す現象で,その物理的説明にも成功した.

Research Products

• [Publications] Toru Sakai, Kiyomi Okamoto: "Quantum Magnetization plateaux of an anisotropic ferrimagnetic spin chain"Phys. Rev. B. 65・21. 214403-214408 (2002)
• [Publications] Kiyomi Okamoto, Nobuhisa Okazaki, Toru Sakai: "Mechanisms for Non-Trivial Magnetization Plateaux of an S=1 Frustrated Spin Ladder"J. Phys. Soc. Jpn. Suppl.. 72. 196-198 (2002)
• [Publications] Nobuhisa Okazaki, Kiyomi Okamoto, Toru Sakai: "Magnetization Plateau in the S=1 Spin Ladder with Competing Interactions"J. Phys. Chem. Solids. 63・6-8. 1455-1458 (2002)
• [Publications] Kiyomi Okamoto, Yutaka Ichikawa: "Inversion Phenomena of the Anisotropies of the Hamiltonian and the Wave-Function in the Distorted Diamond Type Spin Chain"J. Phys. Chem. Solids. 63・6-8. 1575-1578 (2002)
• [Publications] Kiyomi Okamoto: "Level Spectroscopy : Physical Meaning and Application to Magnetization Plateaux"Prog. Theor. Phys. Suppl.. No.145. 113-118 (2002)
• [Publications] Kiyomi Okamoto: "Anisotropies of the Hamiltonian and the Wave Function ---Inversion Phenonema in Quantum Spin Chains"Prog. Theor. Phys. Suppl.. No.145. 208-211 (2002)
• [Publications] Toru Sakai, Kiyomi Okamoto, Nobuhisa Okazaki: "Field-Induced Transitions and Spin Gaps in Low-Dimensional Quantum Antiferromagnets"Proceedings of French-Japanese Symposium on Quantum Properties of Low-Dimensinal Antiferromagnets. 62-69 (2002)
• [Publications] Toru Sakai 他: "Magnetization Plateaux in S=1 Spin Ladder"Phys. Status Sol. (b). 236・2. 429-432 (2002)
• [Publications] Toru Sakai 他: "Magnetization plateau in S=1 spin ladder"Bull. Am. Phys. Soc.. 48・1[part II]. 1265-1265 (2003)
• [Publications] Kiyomi Okamoto, Toru Sakai: "Spin-Peierls Mechanism for the Non-Trivial Magnetization Plateaux in Two-Leg Spin Ladders"Physica B. (出版予定). (2003)
• [Publications] Toru Sakai 他: "Magnetization Plateaux in S=1 Organic Spin Ladder BIP-TENO"Physica B. (出版予定). (2003)