Theory of nonlinear response phenomena in noncentrosymmetric magnets

非中心对称磁体的非线性响应现象理论

基本信息

批准号：
19K14649
负责人：
石塚大晃
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology (2020-2022)The University of Tokyo (2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

今年，我们搜索了候选物质来观察光诱导的旋转电流，这些旋转电流已经根据以前的理论建立了原理。特别是，我们专注于CR卤化物磁绝缘子，该绝缘子已知是中子散射的有效模型，并分析了该系统的光诱导的自旋电流。此外，为了考虑自旋非守护特性的影响，为了促进理论的构建，进行了非线性响应理论的最大表述。对于具有倒对象的铁磁材料中的非线性自旋电流，已经表明，通过两型激酮过程对非线性自旋电流进行整流[H.I.等，物理。莱特牧师。（2019）]和通过两个磁通过程[H.I.等，物理。 B（2019）Rev.是可能的，在上一个财政年度，得出了使用单杂技过程的非线性响应理论的一般公式。尽管这些研究得出了一般公式，但实际计算主要是使用理论上易于处理的理想模型进行的。在今年，为了阐明适合实验分析这些现象的物质，我们使用第一原理计算和中子散射对有效自旋模型的物质进行了定量评估的光诱导的自旋电流。结果，有可能使用两层基于HALIDE的材料系统生成大型光诱导的自旋电流[H.I.等，物理。莱特牧师。（2022）]。此外，我们扩展了直到现在的光诱导的旋转电流研究中使用的非线性反应理论，并旨在构建一种可以结合自旋角动量不保养的影响的理论。到目前为止，它已经成功地得出了一般公式。此外，使用FROQUET理论，在产生光诱导的自旋电流的状态下分析了电子状态，并得出了电子系统的相图。如上所述，今年，我们分析了寻找候选物质的搜索，从实验验证的角度来看，这是关键的，以及旋转角动量的非保守性质。