Ground states of generalized Kitaev model on a honeycomb lattice

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本研究では，キタエフスピン液体の候補物質と目される蜂の巣格子磁性体αーRuCl3の有効磁気模型であるキタエフ・ガンマ模型に注目し，その基底状態相図を調べてきた．この模型の基底状態相図については，蜂の巣格子を形成する３方向のボンド上の相互作用の大きさが同じ，等方的キタエフ・ガンマ模型に対して調べられてきた．しかし，基底状態相図が計算手法に依存することが報告されており，現在でも活発な議論が続いている．また，実際の物質では結晶の対称性を反映した，弱い異方性，すなわち蜂の巣格子を形成する特定方向のボンド上の相互作用が強い，あるいは弱いといった異方性が存在する．この相互作用の異方性を含めた相図は明らかになっていない．そこで本研究では，相互作用の異方性を変えることで，模型がキタエフ・ガンマスピン鎖となる極限から，相互作用が蜂の巣格子上で等方的キタエフ・ガンマ模型となるパラメータ空間内で現れる量子相に注目し，キタエフ相互作用とガンマ相互作用の比，スピン鎖間をつなぐ鎖間相互作用の大きさを変えて数値計算を実施した．昨年度，キタエフ相互作用が負，ガンマ相互作用が正となる場合に，１次元量子スピン系で現れる朝永ラッティンジャー（TL）液体と呼ばれる臨界状態が鎖間相互作用が有限の領域でも生き残ることを見出した．今年度，昨年度発見したTL液体に引き続く相（pTLL）での磁気励起，ならびにキタエフ相互作用，ガンマ相互作用共に正となる場合を含めて，基底状態を詳細に調べた．その結果，主に１）pTLL相での磁気励起は量子スピン鎖のギャップレス励起でよく説明できること，２）スピン鎖の極限では先行研究で指摘されていない相が複数存在すること，３）申請者の先行研究では詳細がわからなかった等方的な相互作用を持つ場合に現れる基底状態が３重縮退した相の秩序状態，を明らかにすることができた．