Theoretical study on quantum spin liquids and their interfaces

量子自旋液体及其界面的理论研究

• 批准号: 19K03729
• 负责人: 小野田 繁樹
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K03729/
• 关键词: フラストレート磁性体; 量子スピン液体; 量子スピンアイス; 理論; 界面

量子スピン液体では、局在電子スピンが絶対零度でも磁気秩序が生じず、非自明な長距離トポロジカル秩序と新しいゲージ構造が発現する。本研究課題では、この量子スピン液体の表面・界面でのトポロジー変化から期待される新しい現象の理論的研究や、その舞台となる候補物質の理論探索を推進してきた。これまでに、高温量子スピンアイス候補物質であるスピネル型イリジウム酸化物Ir2O4の関連バンド絶縁体物質に対する構造最適化計算を終えていた。前年度からはIr2O4とその関連物質を積層した超格子物質の構造最適化をOPENMXパッケージを使用した大規模第一原理計算による分子動力学シミュレーションによって推進してきた。今年度はその構造最適化計算を継続・進展させ、最終的に最適結晶構造をほぼ突き止めた。モット絶縁体であるIr2O4の格子定数とバンド絶縁体であるIr2O4関連物質の格子定数から単純に見積もられるよりも大きな格子定数をとることが分かった。量子スピンアイス系を含め、あらゆる物質の界面では、構造的な歪みが生じる。量子スピンアイス系Tb2Ti2O7では、この歪みは局在磁気モーメントの電気四重極モーメントと結合し、その低エネルギー自由度に影響をもたらす。これまでに構築した量子スピンアイス系における歪みと電気四重極モーメントの相互作用の効果を取り込んだ乱雑位相近似理論の枠組みに基づいて、前年度にはTb2Ti2O7における超音波測定結果を定量的に説明する理論を構築した。今年度はその定量性を改善しつつ、論文を執筆した。

Quantum liquid, electronic structure, magnetic order, non-self-evident long-distance order, new structure This research project aims to advance the theoretical study of new phenomena and the theoretical exploration of candidate substances on the surface and interface of quantum liquids. The structural optimization calculation of the high temperature quantum chemistry candidate substances for the production of the acid Ir2O4 and the related insulating substances is finally carried out. In the past year, the structure optimization of Ir2O4 and related substances was carried out by using large-scale first-principle calculation. This year's structural optimization calculation is progressing, and the final optimal crystalline structure is being developed. The lattice number of Ir 2 O 4 in the insulating material is different from that in the insulating material. The quantum system consists of two parts: one is the interface of matter and the other is the structure of matter. The quantum chemistry of Tb2Ti2O7 is influenced by the magnetic quadrupole chemistry of the quantum chemistry of Tb2Ti2O7. This is a theoretical framework for quantitative explanation of the results of ultrasonic measurements of Tb2Ti2O7 in the previous year. This year's quantitative improvement, paper writing

项目成果

Roles of easy-plane and easy-axis XXZ anisotropy and bond alternation in a frustrated ferromagnetic spin-1/2 chain

受抑铁磁自旋 1/2 链中易平面和易轴 XXZ 各向异性和键交替的作用

• DOI: 10.1103/physrevb.101.224439
• 发表时间: 2020
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Ueda Hiroshi;Onoda Shigeki
• 通讯作者: Onoda Shigeki

Low energy excitations in Yb2Ti2O7

Yb2Ti2O7 中的低能激发

• 发表时间: 2019
• 作者: 伊海田陸;関川卓也;大野義章;佐野和博;枡田佳美;Shigeki Onoda
• 通讯作者: Shigeki Onoda

Emergent spin-1 Haldane gap and ferroelectricity in a frustrated spin-12 ladder

受挫的自旋 12 梯子中出现的自旋 1 Haldane 能隙和铁电性

• DOI: 10.1103/physrevb.101.140408
• 发表时间: 2020
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Ueda H.;Onoda S.;Yamaguchi Y.;Kimura T.;Yoshizawa D.;Morioka T.;Hagiwara M.;Hagihala M.;Soda M.;Masuda T.;Sakakibara T.;Tomiyasu K.;Ohira-Kawamura S.;Nakajima K.;Kajimoto R.;Nakamura M.;Inamura Y.;Reynolds N.;Frontzek M.;White J. S.;Hase M.;Yasui Y.
• 通讯作者: Yasui Y.

National Cheng Kung University(台湾)

国立成功大学（台湾）

Quantum spin ice under an electric field

电场下的量子自旋冰

• 发表时间: 2019
• 作者: T. Omi;Y. Watanabe;N. Abe;H. Sagayama;A. Nakao;K. Munakata;Y. Tokunaga;T. Arima;Shigeki Onoda
• 通讯作者: Shigeki Onoda