Theory of nonlinear response phenomena in noncentrosymmetric magnets

本年度は、これまでの理論で原理を確立した光誘起スピン流を観測するための候補物質の探索を行った。特に、中性子散乱から有効模型が知られているCrハライド系の磁性絶縁体に着目し、この系の光誘起スピン流を解析した。また、スピンの非保存性の効果を考慮した理論構築を進めるため、非線形応答理論の最定式化を行った。反転対称性の破れた強磁性体における非線形スピン流については、これまでに２スピノン過程[H.I. et al., Phys. Rev. Lett. (2019)]や２マグノン過程による非線形スピン流の整流[H.I. et al., Phys. Rev. B (2019)]が可能であることを明らかにし、さらに、昨年度は１マグノン過程を用いた非線形応答理論の一般公式を導出した。これらの研究では一般公式を導出していたものの、実際の計算は、主に理論的に扱いやすい理想的な模型を用いていた。本年度は、これらの現象を実験的に解析するのに適した物質を明らかにするため、第一原理計算や中性子散乱によって、有効スピン模型が知られている物質を対象に光誘起スピン流の定量的評価を行った。その結果、Crハライド系物質の２層系を用いて大きな光誘起スピン流が生成できる可能性を明らかにすることができた[H.I. et al., Phys. Rev. Lett. (2022)]。さらに、これまで光誘起スピン流の研究で用いてきた非線形応答理論を拡張して、スピン角運動量の非保存性の効果を取り入れられる理論の構築を目指した。そして、これまでに一般公式の導出に成功した。また、フロケ理論を用いて、光誘起スピン流が生じている状態における電子状態の解析を行い、電子系の相図を導出した。以上のように、本年度は、主に実験的検証の観点から鍵になる候補物質の探索とスピン角運動量の非保存性に関して解析を行なった。

本年度は、これまでの理論で原理を確立した光誘起スピン流を観測するための候補物質の探索を行った。特に、中性子散乱から有効模型が知られているCrハライド系の磁性絶縁体に着目し、この系の光誘起スピン流を解析した。また、スピンの非保存性の効果を考慮した理論構築を進めるため、非線形応答理論の最定式化を行った。反転対称性の破れた強磁性体における非線形スピン流については、これまでに２スピノン過程[H.I. et al., Phys. Rev. Lett. (2019)]や２マグノン過程による非線形スピン流の整流[H.I. et al., Phys. Rev. B (2019)]が可能であることを明らかにし、さらに、昨年度は１マグノン過程を用いた非線形応答理論の一般公式を導出した。これらの研究では一般公式を導出していたものの、実際の計算は、主に理論的に扱いやすい理想的な模型を用いていた。本年度は、これらの現象を実験的に解析するのに適した物質を明らかにするため、第一原理計算や中性子散乱によって、有効スピン模型が知られている物質を対象に光誘起スピン流の定量的評価を行った。その結果、Crハライド系物質の２層系を用いて大きな光誘起スピン流が生成できる可能性を明らかにすることができた[H.I. et al., Phys. Rev. Lett. (2022)]。さらに、これまで光誘起スピン流の研究で用いてきた非線形応答理論を拡張して、スピン角運動量の非保存性の効果を取り入れられる理論の構築を目指した。そして、これまでに一般公式の導出に成功した。また、フロケ理論を用いて、光誘起スピン流が生じている状態における電子状態の解析を行い、電子系の相図を導出した。以上のように、本年度は、主に実験的検証の観点から鍵になる候補物質の探索とスピン角運動量の非保存性に関して解析を行なった。