Novel field induced quantum phase transition of the kagome lattice antiferromagnet

カゴメ格子反強磁性体の新奇な磁場誘起量子臨界現象

坂井 徹; 中野 博生*

Sakai, Toru; Nakano, Hiroki*

カゴメ格子反強磁性体の磁化過程について、大規模数値対角化と有限サイズスケーリングにより理論的に解析した。我々の以前の研究において、飽和磁化の3分の1のところで磁化ランプと呼ばれる新しい現象が起きることが予測された。本研究では、この磁化ランプ現象と従来知られている現象との違いを明確にするため、カゴメ格子を含む拡張した格子上の反強磁性体を考え、基底状態の相図を求めた。その結果、やはりカゴメ格子反強磁性体の磁化3分の1付近は、これまで知られている量子相とは異なることが判明した。さらに、42スピン系までの数値対角化と有限サイズスケーリングにより、カゴメ格子反強磁性体の基底状態はギャップレスのスピン液体であることも判明した。

The kagome-lattice antiferromagnets have attracted a lot of interest in the field of the low-temperature physics. It exhibits some exotic field-induced phenomena, like a magnetization plateau, jump etc. Our previous large-scale yumerical exact diagonalization study on the S=1/2 kagome-lattice antiferromagnet revealed that a novel field-induced phenomenon, "the magnetization ramp", occurs at 1/3 of the saturation magnetization. It is characterized by different critical exponents between the lower-field and higher-field sides of the magnetization curve. In order to clarify unconventional properties around the 1/3 magnetization, we considered some extended lattice models; a distorted kagome lattice and distorted triangular lattice etc. Our numerical exact diagonalization study also indicates that the ground state of the kagome-lattice antiferromagnet is gapless quantum spin liquid.