Theory of magneto-thermal transport by quantum clusters

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電子クラスターによるフォノンホール効果を計算するためには、電子系の角運動量変化とフォノンの運動量変化の両方を伴った共鳴散乱振幅を見積もる必要がある。この目的のため、これまでテルビウムガリウムガーネット(TGG)を用いた非弾性中性子散乱実験を行い、磁場と共にエネルギーが増加する結晶場励起を観測してきた。この結晶場励起がTGGにおけるフォノンホール効果の鍵だと考えられる。結晶場励起とフォノンが相互作用するとレベル反発が起こる。この分裂の大きさを観測出来れば、フォノンホール効果の定量的評価が可能となる。そこで、日本原子力研究開発機構にある原子炉JRR-3で、中性子散乱実験を試みた。そして、他の施設での実験結果と整合する結晶場励起とフォノン励起を観測することができた。しかし、施設の問題で偏極中性子を使うことができず、また磁場を加えることもできなかった。これらの測定は次年度へ繰越となった。一方、TGGと同相のテルビウム鉄ガーネット(TIG)の研究も行った。希土類鉄ガーネットは、スピン熱電効果の実験で広く用いられている。スピン熱電効果の効率を決める要因の一つにスピン流生成が挙げられる。そのため、TIG中の磁気励起の詳細を調べなければならない。しかし、TIGは非共線磁気秩序を示すフェリ磁性体であることが報告されている。非共線磁気秩序であるため、測定や観測が困難になる可能性が考えられる。そこで、TIGが示す磁気構造の本質を抽出した模型を提案して、一つのスピン波励起で運動量に依存してスピン偏極が変化することを見出した。