Spin-nematic states via a quantum spin solver specialized for high fields

通过专门用于高场的量子自旋求解器实现自旋向列态

• 批准号: 21K03477
• 负责人: 下川 統久朗
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03477/
• 关键词: Frustration; Spin nematic state; Exact diagonalization; スピンネマティック; フラストレーション; スピン液体; 数値計算

リング交換相互作用があるS=1/2正方格子磁性体で実現するスピンネマティック状態の研究を行った。昨年度までの研究でスピンネマティック基底状態が実現するパラメータ領域の特定が行われていたので、動的構造因子の振る舞いを厳密対角化法が実装されている量子スピンソルバーQS3を用いて引き続き解析した。特に共同研究者の密度行列繰り込み群法による計算結果では非整合波数点にギャップレスな振る舞いが現れており、その原因を明らかにする必要があったため、境界条件や空間次元が動的構造因子に与える影響をスピンラダー系を含めた幅広い模型において調べた。また励起状態と有限温度下の物理を明らかにするために、thick-restarted Lanczos法などを用いた研究を行った。現在までに比熱や磁化率、スピン相関関数など実験的に測定可能な基本物理量の振る舞いを調べており、ネマティック秩序パラメータの温度依存性と調和的な振る舞いを得ている。また量子ハニカム磁性体Cu2(pymca)3(ClO4)における常磁性的な振る舞いの起源を明らかにするために、3種類のHeisenberg相互作用を持つハニカム格子有効模型の基底状態性質を厳密対角化法と量子モンテカルロ法を用いて調べた。また実物質の実験に関しては大阪大学萩原グループと埼玉大学の本多グループが担当した。大規模数値計算の結果、本物質におけるスピンネマティックの存在は少なくともゼロ磁場では期待出来ず、基底状態としては局所ハニカム格子上にplaquette-singletが存在する量子常磁性状態が実現していることが数値的には明らかになった。また実験的にこの状態を同定する上では動的構造因子を用いることが有用であることも明らかにし、出版論文として纏めている。

我们研究了带有环交换相互作用的S = 1/2平方晶格磁性材料实现的自旋列态。由于研究直到去年确定了实现了旋转基态的参数结构域，因此随后使用量子自旋求解器QS3对动态结构因子的行为进行了分析，该量子自旋求解器QS3实现了严格的对角度化方法。特别是，合作者使用密度矩阵重新归化组方法的计算结果表明，在无与伦比的波数点处表现出无间隙的行为，因此有必要阐明原因，因此我们研究了边界条件和空间维度对包括启动梯级系统在内的广泛模型的动态结构因子的影响。此外，为了阐明激发态和有限温度下的物理学，使用了厚度 - 重度的兰开斯方法和其他方法进行研究。迄今为止，我们已经研究了实验可测量的基本物理量（例如特定的热量，磁化率和自旋相关功能）的行为，并与列级参数的温度依赖性和谐相吻合。为了阐明量子蜂窝磁材料Cu2（Pymca）3（ClO4）中顺磁行为的起源，使用严格的对角化方法和量子Monte Carlo方法研究了蜂窝晶状体有效模型的蜂窝晶状体有效模型的基态特性。此外，大阪大学的Hagiwara小组和Saitama University的本田集团负责实际材料实验。大规模的数值计算表明，至少在零磁场中不能预期这种材料中的大旋化物质的存在，并且基态是量子磁磁性状态，其中局部蜂窝状晶状体存在plaquette-singlet。还可以揭示出，在实验中使用动态结构因素在识别该状态并总结为发表论文很有用。

项目成果

Quantum paramagnetic states in the S=1/2 distorted honeycomb-lattice antiferromagnet Cu2(pymca)3(ClO4)

S=1/2 扭曲蜂窝晶格反铁磁体 Cu2(pymca)3(ClO4) 中的量子顺磁态

• 发表时间: 2022
• 作者: Tokuro Shimokawa;Ken'ichi Takano;Akira Okutani;Zentaro Honda;Masayuki Hagiwara
• 通讯作者: Masayuki Hagiwara

Exact diagonalization for quantum spin systems

量子自旋系统的精确对角化

• 发表时间: 2022
• 作者: Naratip Nunchot;Dai Nakashima;Ryusuke Ikeda;Tetsuya Yamamoto and Helmut Schiessel;Tokuro Shimokawa
• 通讯作者: Tokuro Shimokawa

High-field exact diagonalization software QS3 and its application to the quantum spin nematic study in the S=1/2 J1-K square-lattice frustrated ferromagnet

高场精确对角化软件QS3及其在S=1/2 J1-K方格受抑铁磁体量子自旋向列研究中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Shimokawa;H. Ueda;S. Yunoki;M.Gohlke;J. Sonnenschein;N. Shannon
• 通讯作者: N. Shannon

Theory and experiment on the quantum paramagnetic state in the S=1/2 distorted honeycomb-lattice antiferromagnet Cu2(pymca)3(ClO4)

S=1/2扭曲蜂窝晶格反铁磁体Cu2(pymca)3(ClO4)中量子顺磁态的理论与实验

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Shimokawa;K. Takano; A. Okutani;Z. Honda;and M. Hagiwara
• 通讯作者: and M. Hagiwara

Quantum paramagnetic states in the spin-1/2 distorted honeycomb-lattice Heisenberg antiferromagnet - application to Cu2(pymca)3(ClO4) -

自旋 1/2 扭曲蜂窝晶格海森堡反铁磁体中的量子顺磁态 - 应用于 Cu2(pymca)3(ClO4) -

• DOI: 10.1103/physrevb.106.134410
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Shimokawa Tokuro;Takano Ken'ichi;Honda Zentaro;Okutani Akira;Hagiwara Masayuki
• 通讯作者: Hagiwara Masayuki