論文の概要: Quantum Fisher Information as a Thermal and Dynamical Probe in Frustrated Magnets: Insights from Quantum Spin Ice

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.14813v1
• Date: Thu, 16 Oct 2025 15:48:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-17 21:15:14.929117
• Title: Quantum Fisher Information as a Thermal and Dynamical Probe in Frustrated Magnets: Insights from Quantum Spin Ice
• Title（参考訳）: フラストレーション磁石の熱的・動的プローブとしての量子フィッシャー情報:量子スピンアイスからの考察
• Authors: Chengkang Zhou, Zhengbang Zhou, Félix Desrochers, Yong Baek Kim, Zi Yang Meng,
• Abstract要約: 量子フィッシャー情報(Quantum Fisher information, QFI)は、量子磁石の中性子散乱実験で測定できる、多部量子絡み合いの新しい尺度である。 量子スピン氷のピロクロア格子モデルに着目し,量子マグネットの熱的および動的性質の解明にQFIが有効であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6977547772245161
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum Fisher information (QFI) is a novel measure of multipartite quantum entanglement that can be measured in inelastic neutron scattering experiments on quantum magnets. In this work, we demonstrate that the QFI can be used to understand the thermal and dynamical properties of quantum magnets by focusing on the pyrochlore lattice model of quantum spin ice (QSI), a three-dimensional quantum spin liquid that hosts fractionalized quasiparticles and emergent photons. We use the newly developed multi-directed loop update quantum Monte Carlo (QMC) algorithm and exact diagonalization (ED) to compute the QFI, which is further utilized to calibrate the gauge mean-field theory results. We show that the temperature and momentum dependence of the QFI can reveal characteristic energy scales of distinct phases and phase transitions in the global phase diagram. In particular, the QFI can clearly distinguish the ferromagnetic ordered phase, the thermal critical region above it, as well as two distinct QSI phases, namely zero-flux and $\pi$-flux QSI. Moreover, the QFI shows two crossover temperature scales, one from the trivial paramagnet to the classical spin ice regime and a lower temperature crossover to QSI. We discuss our results, especially for the $\pi$-flux QSI, in light of the ongoing experimental efforts on Cerium-based pyrochlore systems. Our results demonstrate that the QFI not only detects entanglement properties but can also be viewed as a sensitive thermal and dynamical probe in the investigation of quantum magnets.
• Abstract（参考訳）: 量子フィッシャー情報(Quantum Fisher information, QFI)は、量子磁石上の非弾性中性子散乱実験で測定できる多部量子絡み合いの新しい尺度である。 本研究では、量子スピン氷(QSI)のピロクロア格子モデルに着目し、QFIを用いて量子磁石の熱的および動的性質を解明できることを実証する。 新たに開発されたマルチダイレクトループ更新量子モンテカルロ (QMC) アルゴリズムと正確な対角化 (ED) を用いてQFIを計算し、ゲージ平均場理論結果を校正する。 我々は,QFIの温度と運動量依存性が,異なる位相の特徴的なエネルギースケールと,大域的な位相図における相転移を示すことを示した。 特に、QFIは強磁性秩序相、その上の熱臨界領域、および0-fluxと$\pi$-flux QSIの2つの異なるQSI相を明確に区別することができる。 さらに、QFIは、自明な常磁性体から古典的なスピンアイス状態への2つの交差温度スケールと、QSIへの低い温度クロスオーバーを示す。 セリウム系ピロクロア系における実験結果を踏まえ, この結果, 特に$\pi$-flux QSIについて検討する。 以上の結果から,QFIは絡み合う特性を検知するだけでなく,量子磁気の研究において,感度の高い熱・動的プローブとして見ることもできることがわかった。

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