Field-induced new phases in the S=1/2 three-leg spin tube

S=1/2の3本鎖スピンチューブにおける新しい磁場誘起相

坂井 徹; 佐藤 正寛; 大塚 雄一*; 奥西 巧一*; 岡本 清美*

Sakai, Toru; Sato, Masahiro; Otsuka, Yuichi*; Okunishi, Koichi*; Okamoto, Kiyomi*

スピン1/2の3本鎖スピンチューブの性質を数値的厳密対角化・密度行列繰り込み群法・有効場の理論により理論的に解析した。これまでの研究会から、この系で3本のうちの1本の桁方向相互作用を変化させると、スピンギャップが消失する相転移が起きることが予測されている。本研究により、正確な相図を得ることができた。また、この系の磁化過程を有効場の理論により研究したところ、下部臨界磁場と上部臨界磁場の間の領域で、二つの新しい磁場誘起相が出現することが予測された。これらの相は、ギャップレスの朝永・ラッティンジャー液体相と共存している。これらの予測は、数値的厳密対角化とサイズスケーリングの解析によっても確認された。

The S=1/2 three-leg frustrated antiferromagnetic spin tube is investigated using the numerical diagonalization, density matrix renormalization group, and effective field theory techniques. Varing one of the three rung couplings, a quantum phase transition between the spin gap and gapless phases was predicted in our previous work. The present phenomenological renormalization approach gives a phase diagram of the spin gap. In addition we study the magnetization process of the regular triangle spin tube. Our present effective field theory between the lower critical field where the spin gap vanishes, and the upper critical field where the magnetization is saturated, predicts two field-induced new phases appear; the one has the vector chiral order and the other has an inhomogeneous distribution of the magnetization. These two phases coexist with the Tomonaga-Luttinger liquid phase. The prediction is confirmed by the numerical diagonalization and finite-size scaling analyses.