Theoretical study on pyrochlore quantum spin liquids and their response to external fields and strain

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非自明なトポロジー・長距離量子エンタングルメント・新しいゲージ構造を示す磁性体として理論的に確立された量子スピン液体は、トポロジーを利用した新量子技術の基幹としても期待されるものの、その実験的検証方法が十分に理解されていない。本研究では、トポロジー変化を示す量子スピン液体界面に着眼し、その実験的検証方法を理論的に考案する。これまでの研究課題で、結晶場励起を考慮した磁性希土類パイロクロアに対する拡張量子スピンアイス模型に対して、主にその高温相における磁気双極子モーメント・電気四重極モーメント・擬スピン全てに対する乱雑位相近似（RPA)に基づいた理論的枠組みを構築し、Tb2Ti2O7における実験結果の定量的説明に挑んできた。今年度はその枠組みが破綻するU(1)量子スピン液体相を含む低温相に焦点を当て、U(1）量子スピン液体相を良く記述するU(1）ゲージ理論でRPAを置き換えた理論的枠組みを構築した。また、磁気双極子秩序相・四重極子秩序相などの古典的秩序相を記述するスタンダードな手法であるHolstein-Primakoff変換に基づいた理論的枠組みでRPAを置き換えた理論的枠組みを同時に構築した。さらに、このU（１）ゲージ理論に基づいた新しい理論的枠組みを用いて、拡張量子スピンアイス模型の模型変数を関数とした、超音波測定の実験結果の試行的フィッティングを開始した。今後、実験結果の本格的フィッティングを進めるとともに、他のパイロクロア古典・量子スピンアイス系へ応用していく。