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磁性体における新規輸送現象 ―対称性とトポロジーの観点から―

磁性材料中的新颖输运现象 - 从对称性和拓扑的角度 -

基本信息

批准号：
20K14411
负责人：
赤城裕
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14411/
关键词：
スピン液晶スピンネマティック相磁気四重極子ダイナミクス磁性体輸送現象物性理論スキルミオンスピンNernst効果非線形応答ベリー曲率双極子分数スキルミオントポロジカル相トポロジカル不変量指数定理

项目摘要

量子磁性体の古典的極限を考えるとき、個々のスピンをO(3)ベクトルと考えるのが通例であり、スピン1/2の磁性体における通常の磁気秩序に対して、半古典的なレベルで驚くほどうまく記述できる。しかし、S>1/2のような磁性体は「より古典的」であると考えられるにもかかわらず、O(3)ベクトルではその特性の多くを説明することはできない。特に、磁性絶縁体、冷却原子系等において実現の可能性が示唆されている単一サイトで磁気四重極子を持つ状態を記述することはできない。これらの問題に対しては、古典的な極限を別の形でとらえる必要があり、そのために新しいツールが必要である。そこで我々は、S=1量子磁性体の半古典的特性を正しく記述する新しい方法を確立した。この新しい方法を、三角格子上のS=1 bilinear biquadratic模型の磁気四重極子状態(スピンネマティック状態、スピン液晶状態)に適用し、解析的に求められる古典的低温展開やflavor wave理論と、古典的モンテカルロ法や分子動力学シミュレーションなどの数値計算との比較を通じ、その妥当性を確かめた。そして、本手法の大きな成果として、半古典分子動力学シミュレーションによる動的構造因子に補正項ω/Tを加えT→0の極限を取ることで、T=0のflavor wave理論による量子論の結果を再現できることを明らかにした。また、実験との関連性を考慮し、本手法が(様々な)異方性を持つ模型にも適用できることを確かめた。この手法は、任意のスピンの長さの量子磁性体へ拡張することも可能である。本年度は他にも、一般化Dzyaloshinskii-Moriya相互作用を含んだスピン1の強磁性体の模型においてスピン液晶スキルミオン結晶やスピン液晶メロン結晶が現れることも明らかにした。上記の手法はこの模型にも適用可能であり、新規物性、新規輸送現象が期待される。

The classical limit of quantum magnetic materials is O(3). In general, the classical limit of quantum magnetic materials is O(3). In general, the classical limit of quantum magnetic materials is O(3). In general, the classical limit of quantum magnetic materials is O (3). The magnetic material is "classical," S>1/2, O (3), O (3), O(3, O(3), O( Special, magnetic insulation, cooling atomic system, etc., the possibility of the realization of a single magnetic quadrupole state is described. The problem is that the classical limit is necessary. A new method for describing the semi-classical properties of S=1 quantum magnetic materials has been established. This new method is applicable to the calculation of magnetic quadrupole states of S=1 bilinear biquadratic model on triangular lattices. The analytical solution is based on classical low temperature expansion, flavor wave theory, classical bilinear biquadratic model, molecular dynamics model and numerical calculation. The results of quantum theory are reproduced in the semi-classical molecular dynamics theory. The correction term ω/T is added to the limit of T→0. This method is based on the consideration of the correlation between the two methods. This technique is called quantum magnetism. This year, the generalized Dzyaloshinski-Moriya interaction model of ferromagnetic materials includes the following: The above mentioned methods are applicable to the model, new physical properties, new transport phenomena and expectations.