論文の概要: Spin-correlation dynamics: A semiclassical framework for nonlinear quantum magnetism

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.11466v1
• Date: Fri, 12 Dec 2025 11:08:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-15 15:48:11.741178
• Title: Spin-correlation dynamics: A semiclassical framework for nonlinear quantum magnetism
• Title（参考訳）: スピン相関ダイナミクス--非線形量子磁性の半古典的枠組み
• Authors: Lukas Körber, Pim Coenders, Johan H. Mentink,
• Abstract要約: 半古典的スピン相関が基本的な力学変数となる理論を開発する。 応用として、重要な量子効果を特徴とするハイゼンベルク反強磁性体に着目する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Classical nonlinear theories are highly successful in describing far-from-equilibrium dynamics of magnets, encompassing phenomena such as parametric resonance, ultrafast switching, and even chaos. However, at ultrashort length and time scales, where quantum correlations become significant, these models inevitably break down. While numerous methods exist to simulate quantum many-body spin systems, they are often limited to near-equilibrium conditions, capture only short-time dynamics, or obscure the intuitive connection between nonlinear behavior and its geometric origin in the su(2) spin algebra. To advance nonlinear magnetism into the quantum regime, we develop a theory in which semiclassical spin correlations, rather than individual spins, serve as the fundamental dynamical variables. Defined on the bonds of a bipartite lattice, these correlations are inherently nonlocal, with dynamics following through a semiclassical mapping that preserves the original spin algebra. The resulting semiclassical theory captures nonlinear dynamics that are entirely nonclassical and naturally accommodates phenomenological damping at the level of correlations, which is typically challenging to include in quantum methods. As an application, we focus on Heisenberg antiferromagnets, which feature significant quantum effects. We predict nonlinear scaling of the mean frequency of quantum oscillations in the Néel state with the spin quantum number S. These have no classical analog and exhibit features reminiscent of nonlinear parametric resonance, fully confirmed by exact diagonalization. The predicted dynamical features are embedded in the geometric structure of the semiclassical phase space of spin correlations, making their physical origin much more transparent than in full quantum methods. With this, semiclassical spin-correlation dynamics provide a foundation for exploring nonlinear quantum magnetism.
• Abstract（参考訳）: 古典的非線形理論は、パラメトリック共鳴、超高速スイッチング、カオスのような現象を含む、磁石の遠方平衡力学を記述することに成功している。 しかし、量子相関が重要になる超短距離と時間スケールでは、これらのモデルは必然的に崩壊する。 量子多体スピン系をシミュレートする多くの方法が存在するが、それらはしばしば近平衡条件に制限され、短時間のダイナミクスのみを捉えるか、あるいはSU(2)スピン代数における非線形挙動とその幾何学的起源の間の直感的な接続を曖昧にする。 量子状態への非線形磁性を推し進めるために、個々のスピンではなく半古典的なスピン相関が基本的な力学変数として機能する理論を開発する。 双分格子の結合に定義され、これらの相関は本質的に非局所的であり、元のスピン代数を保存する半古典写像を通して動的に従う。 結果として生じる半古典理論は、完全に古典的ではなく、自然に相関のレベルで現象論的減衰を許容する非線形力学を捉える。 応用として、重要な量子効果を特徴とするハイゼンベルク反強磁性体に着目する。 我々は、スピン量子数 S のネール状態における量子振動の平均周波数の非線形スケーリングを予測し、古典的なアナログを持たず、正確な対角化によって完全に確認された非線形パラメトリック共鳴を連想させる特徴を示す。 予測された動的特徴は、スピン相関の半古典位相空間の幾何学的構造に埋め込まれ、その物理的起源は完全な量子法よりもはるかに透明である。 これにより、半古典的なスピン相関ダイナミクスは、非線形量子磁気の探索の基礎となる。

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