低次元磁性体におけるスピン・格子協力現象

低维磁性材料中的自旋晶格合作现象

基本信息

批准号：
08740279
负责人：
山本昌司
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

全般に一次元反強磁性体の低温量子物性を、量子モンテカルロ法、転送行列法などの統計力学的手法を用いて研究した。当初の研究計画を遂行する中で議論は多様性を帯び、現象、方法論の両面において、新たな方向性を打ち出すこともできたものと認識している。スピンと格子の協力現象を系統的に研究する立場から、まず断熱近似の範囲内で、量子揺動や臨界現象を議論した。そこでは1/2から2までの広範なスピン量子数を取扱い、基底状態の性質や低励起構造が、量子性の強い場合から古典的描像に近づいてゆく中で、どのように変化してゆくかが明らかにされた。格子に誘起される交換相互作用の空間的変調を考慮し、その関数としての基底状態の性質を議論した。こうした系ではスピン量子数に依存する一定の規則に基づく相転移が観測されることが検証された。この一連の理論は、現在少しづつ実験研究にもフィードバックされ、結合交替系での相転移を陰に陽に観測しようという試みが始まっている。一方でS=1スピン鎖の基底状態量子揺動を議論した。これは量子揺動を、変分的解析手法で計算する一方、量子モンテカルロ・スナップショットを用いて視覚化、検証するというユニークなもので、現象としての興味もさることながら、今後の低次元量子物性研究における方法論的新たな可能性も提起するものである。さらに、断熱近似を越えて格子揺動を議論すべく、経路積分に基づきスピン、格子の自由度を同時に量子化する、量子モンテカルロ・プログラムをスピン量子数が1/2の場合について作成した。当初想定したよりも、プログラム・アルゴリズムは複雑化したため計算時間は長期化し、現在も東京大学物性研究所の大型計算機を使用して計算を続けている。そうした中で、低温において自発的に格子が歪む様子が既に観測されており、スピン Peierls 転移のより直接的議論に道が開かれつつある。

总的来说，我们利用量子蒙特卡罗法和转移矩阵法等统计力学方法研究了一维反铁磁体的低温量子物理性质。当我们执行最初的研究计划时，我们的讨论变得更加多样化，我们相信我们能够在现象和方法论方面找到新的方向。从系统研究自旋与晶格协同现象的角度出发，我们首先讨论了绝热近似范围内的量子涨落和临界现象。这项研究涉及从 1/2 到 2 的各种自旋量子数，并研究了随着量子性质接近经典图景，基态和低激发结构的特性如何变化。考虑到晶格中引起的交换相互作用的空间调制，我们讨论了基态的性质作为空间调制的函数。已经证实，在此类系统中，可以观察到基于取决于自旋量子数的某些规则的相变。这一系列理论现在正在一点一点地反馈到实验研究中，并开始尝试隐式和显式地观察耦合交替系统中的相变。另一方面，我们讨论了S=1自旋链的基态量子涨落。其独特之处在于，量子涨落是使用变分分析方法计算的，同时使用量子蒙特卡罗快照进行可视化和验证，不仅作为一种现象很有趣，而且还为凝聚态物质研究提出了新的方法论可能性。此外，为了讨论绝热近似之外的晶格涨落，我们针对自旋量子数为1/2的情况创建了量子蒙特卡罗程序，该程序基于路径积分同时量化自旋和晶格自由度。程序和算法比最初预期的更加复杂，导致计算时间更长，目前仍在使用东京大学固体物理研究所的大型计算机进行计算。在这些情况下，自发晶格畸变已经在低温下被观察到，为更直接讨论自旋佩尔斯转变铺平了道路。