【研究分野】物性一般(含基礎論)

【研究領域課題番号】14540351 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピングラス / スピングラス相の磁場中安定性 / エイバング現象 / 累加的記憶効果 / ハイゼンベルグ反強磁性模型 / 量子モンテカルロ法 / 非磁性不純物誘起ネール長距離秩序 / ひねり秩序変数 / (磁場シフト)エイジング現象 / 液滴描像 / n足梯子模型 / VBS描像 / 擬1,2次元反強磁性体 / 量子的非磁性基底状態 / エイジング現象 / 温度カオス効果

【研究成果の概要】

1]ハイゼンベルグ反強磁性(HAF)模型について連続虚時間・ループアルゴリズムの量子モンテカルロ法シミュレーションを行い、この模型で記述される、以下のような新奇な量子磁性現象の出現機構を明らかにした。1)量子的非磁性基底状態をもつ2次元HAF模型のサイトまたはボンドをランダムに希釈したときに出現する非磁性不純物誘起ネール長距離秩序、2)ボンド交替鎖がn本結合したn足HAF梯子模型における量子相転移、3)鎖(層)間相互作用が小さい擬1(2)次元HAF模型のネール温度の鎖(層)間相互作用依存性とその自己無撞着RPA理論による解釈、4)S=1ランダムボンド交替鎖HAF模型の基底状態相図の、「ひねり秩序変数」に基づく決定(3,4は論文投稿中)。
2]ランダムネスとフラストレーションが共存するスピングラス(SG)におけるエイジング現象の解明のため、古典スピン系SGに対するモンテカルロ法シミュレーションを行い、以下のような新たな知見を得た。1)4次元イジングEA-SG模型のエイジング現象におけるスピン緩和が示す、臨界領域から熱活性化過程領域へのクロスオーバー、2)3次元イジングEA-SG模型の温度シフトエイジング過程におけるスピン緩和は、温度シフト幅が小さいと累加的記憶効果を示すだけだが、シフト幅がある程度大きくなるとSG相に固有な温度カオス特性が反映された振舞を示すこと・、3)前項と同じ模型における磁場シフトエイジング現象の解析から、SG研究の当初から論争が続いてきた、SG相の磁場中安定性の問題に対して、「不安定」を強く示唆する結果を得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】1,800千円 (直接経費: 1,800千円)

【研究分野】物性一般(含基礎論)

【研究領域課題番号】12640367 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ガラス的なダイナミクス / スピングラス / エイジング現象 / 液滴描像 / ゼロ磁場冷却磁化 / 記憶効果 / カオス効果 / モンテカルロ法 / 液滴理論 / 熱活性化過程 / 臨界緩和 / 温度シフト過程 / メモリー効果 / 磁場シフト過程

【研究成果の概要】

ランダムスピン系や通常ガラスなどが示す、平衡状態へ向かうきわめて遅い緩和過程-ガラス的なダイナミクス-を解明する目的でスピングラス(SG)を取り上げ、短距離相互作用型(EA)SG模型におけるエイジング現象を様々な側面からモンテカルロ法によるシミュレーションで解析し、以下の成果を得た。すなわち、SG模型におけるエイジング現象が、系を急冷した後にSG秩序(ドメイン)が熱活性化過程によって成長していくという描像(液滴描像)がよく当てはまることを示し、特に、急冷後時間twを経た時に観測される諸物理量が、その時点までに成長したSGドメインサイズR(tw)と、twあたりで時間スケールtで生じる液滴励起のサイズL(t)を用いたスケーリング表式でよく記述されることを明らかにした。具体的な現象に関する得られた成果を以下に列記する。1)ゼロ磁場下で低温まで急冷してから磁場を加え、徐々に温度を上げていくとき観測される(ゼロ磁場冷却)磁化のシミュレーションを行い、温度変化があってもR(tw)は累加的に成長すること(記憶効果)を見出した。その成長則を、時間スケールが10桁以上異なる現実のSGに対する実験結果に適用したところ、R(tw)を変数としてプロットしたすべての磁化のデータが一つのユニパーサル関数に載ることを検証した。このようなシミュレーションと実験との直接的な一致はエイジング現象の研究においては初めてのものである。2)4次元イジング模型の等温エイジング過程を詳細に調べ、R(tw)の成長則や、ゼロ磁場冷却磁化の時間発展が、液滴理論が予言する通りであることを初めて検証するとともに、R(tw)とL(t)が同程度になる時間領域において、液滴励起エネルギーが異常に小さくなることを見出し、これが、実験で観測されている、ゼロ磁場冷却磁化と磁場中冷却磁化の違いを与えることを示した。3)交流磁化率を通して3次元イジングSG模型の温度シフト過程を調べ、諸物理量に対するR(w),L(t)によるスケーリング表式を検証するとともに、カオス効果(または若返り効果)の前兆と考えられる現象を3次元系のシミュレーションで初めて見出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)

【研究分野】物性一般(含基礎論)

【研究領域課題番号】10640362 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピングラス / エイジング現象 / EA模型 / モンテカルロ・シミュレーション / ドメイン成長 / 液滴描像 / 記憶効果 / 若返り効果 / 平均場描像 / ドメイン壁

【研究成果の概要】

スピングラス(SG)秩序相におけるエイジング現象―転移温度T_C以下に急冷された後に系が示す、平衡状態へ向かう緩和過程―に関して、3,4次元イジングEA模型に対して大規模なモンテカルロ・シミュレーションによる解析を行ない、以下の成果を得た。
系をT_C以下の温度Tに急冷した後、温度Tの平衡状態に系が緩和する過程(等温エイジング過程)に対して、スピン自己相関関数や相互作用エネルギー等種々の物理量の時間発展を調べ、この過程は、局所的なSG平衡状態にあるドメインが、熱活性化過程の反転によって時間の経過とともに成長していく過程であること、その詳細が、液滴描像から導かれるドメインサイズを用いたスケーリング表式でよく記述されることを明らかにした。
温度T_1での等温エイジングにおいて待ち時間t_<W1>後に系の温度をT_2にシフトした以降のT_2における緩和過程(温度シフト過程)を詳しく解析した結果、そのエイジング過程は、シフト直前に温度T_1に対して局所平衡であったドメイン内の液滴励起が、温度シフト後にはそのサイズが小さいものから順次、温度T_2に対する局所平衡へ移行し(これを'準ドメイン'の成長と呼ぶ)、そのサイズがほぼ待ち時間t_<W1>でのドメインサイズに達した後は、系全体が温度T_2の平衡状態へ緩和する過程(ドメイン中の準ドメイン描像)として解釈できることを見い出した。この描像はドメインが、温度シフトがあっても連続的に成長することに基づいており、現実のSGで観測されている記憶効果をよく説明する。但し、実験で見られている温度シフト直後の若返り効果はシミュレーションでは再現されておらず、今後の課題として残された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】1,400千円 (直接経費: 1,400千円)

【研究分野】物性一般(含基礎論)

【研究領域課題番号】10044064 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ガラス的な系 / スピングラス / エイジング現象 / EA模型 / 液滴描像 / 平均場理論 / カイラルガラス / 臨界ゆらぎ / 巨大磁気抵抗系 / ドメイン成長 / ガラス転移 / 階層的自由エネルギー構造 / 動的平均場理論 / スピングラス相転移

【研究成果の概要】

本研究計画では、フランス、米国、日本の研究者の間で、また、理論・実験研究者の間で密接な研究交流を計りながら、スピングラスを中心とした'ガラス的な系'における平衡・非平衡ダイナミックスを規定する'ゆらぎ'の本質を解明する研究を進めた。種々の課題に対する個別的な研究を関連メンバーが協力しながら進展させ、それぞれの成果を全体研究集会-Royaumont(仏,10月1998年)、京都(10月1999年)-を開催して全メンバー間で討議し、ガラス的な系におけるゆらぎに共通する普遍的な概念の構築を目指した。以下はその主な研究成果である。
1)スピングラス(SG)におけるエイジング現象に関して:a)熱残留磁化の精密測定からSG相関長を抽出し、その成長則を実験的に決定した(Orbach)。b)SGは、温度シフト・サイクルを伴うエイジング過程において一見相矛盾する'若返り効果'と'記憶効果'を示す。これらを位相空間の視点から説明する理論を提起し(Bouchaud)、また、同様の視点から'階層的ランダムエネルギー模型'を提起し、二つの効果の詳細を数値的に検証した(根本)。c)一方、EA模型における同現象に関するシミュレーションを行い、その結果が実スピン空間で構築された液滴描像とよく一致することを明らかにした(高山)。2)SGと不均一な強磁性体・強誘電体とのエイジング現象を比較し、後者はランダムなピン止めポテンシャル中のドメイン壁の拡散と消滅によるものとする理論を提起した(Bouchaud,Cugliandolo)。3)ガラス的な系における相転移、あるいはそのゆらぎ特性に関した、以下の課題について新たな知見が得られた:情報の確率的処理法へのSG平均場理論の展開(西森)、ベクトルSGと高温セラミック超伝導体におけるカイラルガラス転移の理論の構築(川村)、セラミック磁性体と超伝導体における新しいタイプの相の提起と検証(松浦)、SGやポリマーガラスなどに共通する引伸ばされた指数関数型臨界ゆらぎの検証(Campbell)、ガラス的な系の相転移に対する不均一性効果のゆらぎ測定による解析(Weissman)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】5,600千円 (直接経費: 5,600千円)