Study of Magneto-Optical Phenomena in Topological Magnets due to Magneto-Electric Effects

磁电效应拓扑磁体磁光现象的研究

基本信息

批准号：
22H01171
负责人：
古川信夫
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Aoyama Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

トポロジカルな磁気構造を持つ磁気スカーミオンの磁気光学応答を明らかにするためにDM相互作用が大きな系で量子スカーミオンを数値的に求め、古典系と同様にトポロジカル電荷によってスカーミオンが特徴づけられることを確認した。量子子スピン系における磁気励起に伴う電場応答を明らかにするため、厳密対角法を用いて、Shastry-Sutherland模型におけるダイマー一重項相の磁気励起の電場活性過程について解析を行い、実験で観測されている共鳴のピーク位置および選択則を説明することに成功した。量子スピン1/2の反強磁性ハミルトニアンを強磁性体で実現する理論を明らかにした。ハミルトニアンは複雑になるが、これによって例えばスピン1/2反強磁性ハイゼンベルグ三角格子の量子スピン液体状態やその磁気励起状態を内包する強磁性ハミルトニアンが理論的に作成可能になる。その状態はマクロな縮退を持ち、自発的対称性の破れにより選ばれた状態はイジング状態とは異なり、元の量子スピン液体状態と同じ量子もつれをもつことが解明された。強いスピン軌道相互作用（SOC）を持つ量子多体系の研究はトポロジカル相や磁気光学効果を理解するために重要である。原子気体を用いた人工的なSOC系を想定し、SOCの強さや運動量方向の自由度に対する格子Bose量子系の基底状態の振る舞いを求めた。異なる波数に凝縮した、固体結晶秩序と超流動秩序が共存した超固体状態が形成され、さらにその凝縮波数（固体秩序波数）のSOCパラメータ依存性が「悪魔の階段」と呼ばれる特異なフラクタル構造を取ることが明らかになった。大規模量子スピン系に対する厳密対角化手法QS3において、摂動外場の印加に対する系の磁気応答を検証するための機能を追加した。また、電磁場に対する系のダイナミクスをテンソルネットワーク法で高度に検証するため、これの構造最適化を開発した。

为了阐明具有拓扑磁结构的磁镜的磁光响应，我们在数值上计算具有较大DM相互作用的系统中的量子尺寸，并确认该尺寸的特征是类似于经典系统的拓扑电荷。为了阐明与量子自旋系统中的磁激发相关的电场响应，我们使用严格的对角线方法分析了二聚体单位相位二聚体单位相的电场活性过程，并成功地解释了实验中观察到的峰值位置和峰值位置和选择规则。我们已经阐明了这样的理论，即使用铁磁物质实现了带有量子自旋的抗铁磁性哈密顿量。汉密尔顿人变得复杂，但这使得从理论上创造了例如一种铁磁汉密尔顿人，它涵盖了自旋1/2抗磁磁性海森伯格三角形晶格的量子自旋液态及其磁性激发的状态。已经揭示了该状态具有宏观变性，并且由于自发对称性破裂而选择的状态与Ising状态有所不同，并且与原始量子旋转液态状态相同。对具有强旋轨相互作用（SOC）的量子多体系统的研究对于理解拓扑阶段和磁光效应很重要。假设使用原子气体的人工SOC系统，则计算了晶格bose量子系统基态在SOC强度和动量方向上的自由度的行为。已经揭示了一个超olid状态，其中固体晶体秩序和超氟阶秩序共存，以不同的波数为凝结，形成了凝结波数的SOC参数依赖性（固体顺序波数）呈现出一个奇异的分形结构，称为“魔鬼楼梯”。 QS3是针对大规模量子自旋系统的严格对角度化方法，已添加以验证系统对扰动外部场应用的磁反应。此外，我们已经开发了该系统的结构优化，以高度验证使用电磁场的系统动力学使用张量网络方法。