Research Abstract
ハニカム格子ハバード模型におけるスピン液体相の欠如
Absence of a Spin Liquid Phase in the Hubbard Model on the Honeycomb Lattice
2012年12月18日 Scientific Reports 2 : 992 doi: 10.1038/srep00992
スピン液体は、バンド理論では金属的挙動が予測されるが、有限の電荷ギャップが存在する絶縁体で、従来の秩序パラメーターを持たない新たな量子状態である。二次元あるいは三次元空間で安定したスピン液体を見つけることは、凝縮系物理学における最も議論されている困難な課題の1つである。最近、グラフェンの模型、すなわちハニカム格子上のハバード模型において、ハバード相互作用を増すに従って、半金属相（SM）から反強磁性絶縁体相（AFMI）の間の広い領域でスピン液体基底状態が存在することが報告された。今回我々は、数値的に厳密な量子モンテカルロシミュレーションを、これまでの研究をはるかに超える大きなクラスター（最大で2592サイト格子）で行うことにより、たとえあるとしても、このスピン液体を示す領域は非物理的に極めて狭いことを示した。むしろ、我々の計算結果は、SMとAFMIの相転移は直接的かつ連続的な量子相転移を強く示唆している。
Sandro Sorella1, 2, 3, 大塚 雄一3 & 柚木 清司3, 4, 5
- イタリア国際高等研究所（SISSA）
- CNR-IOM デモクリトス・シミュレーション・センター（イタリア）
- 独立行政法人 理化学研究所 計算科学研究機構 量子系物質科学研究チーム
- 独立行政法人 理化学研究所 基幹研究所 柚木計算物性物理研究室
- 独立行政法人 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業（JST-CREST）
A spin liquid is a novel quantum state of matter with no conventional order parameter where a finite charge gap exists even though the band theory would predict metallic behavior. Finding a stable spin liquid in two or higher spatial dimensions is one of the most challenging and debated issues in condensed matter physics. Very recently, it has been reported that a model of graphene, i.e., the Hubbard model on the honeycomb lattice, can show a spin liquid ground state in a wide region of the phase diagram, between a semi-metal (SM) and an antiferromagnetic insulator (AFMI). Here, by performing numerically exact quantum Monte Carlo simulations, we extend the previous study to much larger clusters (containing up to 2592 sites), and find, if any, a very weak evidence of this spin liquid region. Instead, our calculations strongly indicate a direct and continuous quantum phase transition between SM and AFMI.
