量子スピン液体におけるマヨラナ粒子の創出と制御

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前年度に引き続き、研究計画に沿って研究を推進し、以下の研究成果を得た。(1) キタエフ模型を実現する新しいプラットフォームとして提案されている冷却分子系を念頭に、長距離にわたるキタエフ型相互作用を持つ模型に対して汎函数繰り込み群法を用いた研究を行い、キタエフ量子スピン液体が長距離相互作用に対して不安定であることを明らかにした。(2) 高スピンキタエフ量子スピン液体に関する理論・実験研究に刺激を受け、汎函数繰り込み群法を用いて、一般のスピン長Sを持つキタエフ-ハイゼンベルク模型の基底状態相図を解明した。Sを大きくするにつれて量子スピン液体のパラメタ領域が急速に狭くなり、S>3/2ではほぼ消失することを示した。(3) キタエフ候補物質α-RuCl3における熱ホール伝導度の半整数量子化を理解する目的で、拡張キタエフ模型に対する指数熱テンソルネットワーク法を用いた計算を行い、熱ホール伝導度の温度・磁場依存性を明らかにした。(4) キタエフ量子スピン液体に対する実時間シミュレーションを行うことで、マヨラナ粒子がフラックス励起によって大きく散乱されることを見いだし、その散乱パターンにバイゾン励起の背後にあるゲージ場の特徴が表れることを明らかにした。これらに加えて、当初計画になかった内容として、以下の研究成果を得た。(5) 機械学習で用いられる自動微分を用いて、所望の物理的性質からハミルトニアンを求める逆問題に対する効率的で汎用性の高い解法を開発した。それを異常ホール伝導度や光起電力の最大化問題に適用し、既存のハミルトニアンを超えるモデルの構築に成功した。(6) 物理リザバーコンピューティングにおいて、リザバーとして磁性体を用いた場合に問題となっていた熱揺らぎへの脆弱性を解決する枠組みを開発した。それを応用することで、時空間にわたる超並列計算が可能となることを示した。