量子スピン液体の準粒子励起を反映した非平衡磁気ダイナミクス

当該研究課題では、磁性絶縁体で現れる量子スピン液体がもつ分数準粒子に対する非平衡ダイナミクスの研究を行う。量子スピン液体とは強い量子ゆらぎと相互作用によって極低温まで時期秩序が抑制された量子状態であり、それが持つ強い量子エンタングルメントによって、そこからの素励起は、スピンがあたかも複数の準粒子に分裂したかのように振る舞う。それらが持つエネルギースケールは全く異なるため、励起構造だけでなく非平衡ダイナミクスも全く異なることが予想される。特に、実時間発展において、異なる動力学的性質を有する準粒子を別個の時間スケールで分離して観測できる可能性がある。さらに元の量子スピンからどのように分数化が生じる過程も議論することができるため、分数準粒子の非平衡状態の理解は、分数化の起源の解明にも重要である。本年度では、キタエフスピン液体で見られたスピンの分数化が他の系でも現れるかを検証するために、長距離の磁気相互作用を持つ系やスピンの長さを大きくした模型を対象に研究を行った。その結果、例えばキタエフ模型に対してスピンの長さを長くしていくと、量子ゆらぎが抑制されて量子スピン液体が不安定になり、量子スピン液体相の領域が小さくなることがわかった。これまで、スピンが1/2より大きな場合についてもスピンの分数化の兆候が、比熱のダブルピーク構造として観測されていたが、今後、そのような分数準粒子が非平衡ダイナミクスとしてどのように現れるかを検証していく必要がある。

当該研究課題では、磁性絶縁体で現れる量子スピン液体がもつ分数準粒子に対する非平衡ダイナミクスの研究を行う。量子スピン液体とは強い量子ゆらぎと相互作用によって極低温まで時期秩序が抑制された量子状態であり、それが持つ強い量子エンタングルメントによって、そこからの素励起は、スピンがあたかも複数の準粒子に分裂したかのように振る舞う。それらが持つエネルギースケールは全く異なるため、励起構造だけでなく非平衡ダイナミクスも全く異なることが予想される。特に、実時間発展において、異なる動力学的性質を有する準粒子を別個の時間スケールで分離して観測できる可能性がある。さらに元の量子スピンからどのように分数化が生じる過程も議論することができるため、分数準粒子の非平衡状態の理解は、分数化の起源の解明にも重要である。本年度では、キタエフスピン液体で見られたスピンの分数化が他の系でも現れるかを検証するために、長距離の磁気相互作用を持つ系やスピンの長さを大きくした模型を対象に研究を行った。その結果、例えばキタエフ模型に対してスピンの長さを長くしていくと、量子ゆらぎが抑制されて量子スピン液体が不安定になり、量子スピン液体相の領域が小さくなることがわかった。これまで、スピンが1/2より大きな場合についてもスピンの分数化の兆候が、比熱のダブルピーク構造として観測されていたが、今後、そのような分数準粒子が非平衡ダイナミクスとしてどのように現れるかを検証していく必要がある。