スピングラスにおけるリエントラント転移の論理的帰結としての温度カオス

2025-10-24 東京科学大学(公開日)

東京科学大学の西森秀稔特任教授(東北大学客員)らは、磁性体スピングラスにおいて、これまで無関係とされた温度カオス現象リエントラント転移の間に厳密な数理的関係が存在することを世界で初めて証明した。さらに、「西森ライン」と呼ばれる条件下で、従来起こらないとされたレプリカ対称性の破れが生じ得ることを理論的に示した。これらの成果は数値シミュレーションに依存せず、ゲージ対称性に基づく厳密解析によって得られたものであり、スピングラス理論の枠組みを刷新するもの。発見は複雑系物理を超え、機械学習や量子コンピューティングなどへの応用も期待される。研究成果は『Physical Review E』誌に掲載された。

スピングラスにおけるリエントラント転移の論理的帰結としての温度カオス
図1. スピンがランダムに凍結したスピングラス

<関連情報>

スピングラスにおけるリエントラント転移の論理的帰結としての温度カオス Temperature chaos as a logical consequence of the reentrant transition in spin glasses

Hidetoshi Nishimori, Masayuki Ohzeki, and Manaka Okuyama
Physical Review E  Published: 22 October, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/qp1w-qcbs

Abstract

Temperature chaos is a striking phenomenon in spin glasses, where even slight changes in temperature lead to a complete reconfiguration of the spin state. Another intriguing effect is the reentrant transition, in which lowering the temperature drives the system from a ferromagnetic phase into a less ordered spin-glass or paramagnetic phase. In the present paper, we reveal an unexpected connection between these seemingly unrelated phenomena in the finite-dimensional Edwards-Anderson model of spin glasses by introducing a generalized formulation that incorporates correlations among disorder variables. Assuming the existence of a spin-glass phase at finite temperature, we establish that temperature chaos arises as a logical consequence of reentrance in the Edwards-Anderson model. Our findings uncover a previously hidden mathematical structure relating reentrance and temperature chaos, offering a new perspective on the physics of spin glasses beyond the mean-field theory.

1701物理及び化学
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