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Density matrix renormalization group and numerical diagonalization study on the quantum spin nanotube in magnetic field

密度行列繰り込み群及び数値対角化による磁場中の量子スピンナノチューブの研究

坂井 徹; 佐藤 正寛*; 奥西 巧一*; 岡本 清美*; 糸井 千岳*

Sakai, Toru; Sato, Masahiro*; Okunishi, Koichi*; Okamoto, Kiyomi*; Itoi, Chigaku*

最近チューブ状の格子形を持つ量子スピン系、スピンナノチューブが幾つか合成された。これらは、カーボンナノチューブ同様、興味ある低次元系として期待されている。このスピンナノチューブの理論的研究の第1歩として、最も単純なスピン1/2三本鎖スピンチューブについて、密度行列繰り込み群法(DMRG)と数値的厳密対角化(ED)で解析した結果を報告する。特に、ユニットセルの三角形が正三角形から二等辺三角形に変わる格子と外部磁場に着目した。従来の数値解析によると、この系は飽和磁化の3分の1のところで、磁化プラトーが生じることが確かめられていたが、このプラトーのメカニズムは、格子ひずみの性質によることがわかった。また、磁場によって誘起されるカイラル秩序を伴う対称性の破れが起きることがわかった。

The spin tube has attracted a lot of interest as a magnet with a nanotube structure. Various applicable functions of the spin tube are expected to be induced by high magnetic field. The S=1/2 three-leg spin tube has a spin gap due to the strong frustration. Using the numerical dyagonalization and the density matrix renormalization group (DMRG) calculation, we revealed new quantum phase transitions between the spin-gap and gapless phases induced by an asymmetric interchain interactions. Under high magnetic field this system also exhibits some interesting phenomena. The same numerical analysis on the magnetization process indicates that the 1/3 magnetization plateau appears for sufficiently large rung interaction caused by two different mechanisms, depending on the asymmetry. A field induced symmetry breaking accompanied by the chiral order is also revealed to occur.

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