東大ら，スピン液体と常磁性状態の間に常に相転移が存在することを発見

東京大学と東京工業大学は，キタエフ模型と呼ばれる理論モデルに対する大規模数値シミュレーションにより，量子スピン液体と常磁性状態の間には常に相転移が存在し，両者は連続的に移り変わることができないことを見出した（ニュースリリース）。これは従来の相転移理論で説明できない新しい気体—液体転移で，トポロジカルな性質の変化と見なせることを明らかにした。

物質は温度や圧力に応じて固体・液体・気体の3つの状態に変化する。このうち，液体と気体の間には相転移が起きる必要はなく，連続的に移り変わることが可能。磁性体中の電子がもつ微小な磁石であるスピンの向きに関しても，このような3状態を考えることができる。固体は例えばスピンの向きがそろった強磁性状態に対応し，気体はそれらがランダムな常磁性状態に対応する。

一方，液体については，極低温まで固体にならず液体のままであるヘリウムから類推した「量子スピン液体」という概念が提案されているが，その存在や性質は長年の謎とされてきた。

今回の発見は，相転移の不在をもって量子スピン液体を示唆している最近の実験研究の全面的な見直しを促すもの。また，トポロジカルな性質を情報処理に利用する量子情報の分野にも大きなインパクトを与えると研究グループは期待している。