スピン非保存系におけるスピン流の定義

自旋非守恒系统中自旋电流的定义

• 批准号: 16J07110
• 负责人: 大熊 信之
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07110/
• 关键词: スピン流; マグノン; スピン運動量ロッキング; スピン流の定義; 拡散方程式; Dirac電子系; スピンホール効果

前年度の研究では、スピン軌道相互作用の強い電子系におけるスピン流の定義の研究を行った。本年度はこれを発展させ、スピントロニクスにおいて電子同様注目を集める準粒子であるマグノンに着目した研究を行った。磁性体中の古典的磁気秩序周りの揺らぎを量子化した準粒子であるマグノンは、絶縁体中において極めて散逸の少ないキャリアであると同時に、スピンを運ぶという性質から理論・実験両面から盛んに研究が行われている。最近接Heisenberg模型のコリニア強磁性体・反強磁性体の場合、1マグノン状態はスピン演算子の固有状態となり、well-definedなスピン流を定義する事ができる。一方、古典的磁気秩序が120度構造等のノンコリニア構造を取る場合、スピン回転対称性の自発的かつ完全な破れの状態が実現し、マグノン状態は一般にスピンの固有状態にはならない。本研究では、運動量を指定した時にマグノンが運ぶ運動量依存マグノンスピンを定義し、カゴメ格子反強磁性体で実現する120度構造に対して運動量依存マグノンスピンを計算し、運動量空間においてプロットした。その結果、電子系で通常見られない巻き付き数-2の構造を持ったスピン渦構造を発見した。また、このスピン渦構造を用いた熱輸送の研究を行った。各運動量におけるマグノンスピンと群速度の積を運動量積分することで得られる量をマグノンスピン流とみなし、熱勾配下のBoltzmann方程式を計算すると、有限のスピン流期待値を得る。これは、スピンゼーベック効果をノンコリニア反強磁性体で観測できる可能性を示すものであり、従来磁場下でしか実現しないと考えられていた反強磁性スピンゼーベックの最初の例を提示するものである。数理的に面白い点としては、巻き付き数の絶対値が0か2の時のみスピンゼーベック効果が大きくなる点であり、巻き付き数依存の輸送現象の先駆的な例として考える事ができる。

In the previous year, <s:1> research was conducted on で スピ and スピ orbital interactions, <s:1> the definition of strong <s:1> electron system におけるスピ currents, and を fields った. Exhibition this year は こ れ を 発 さ せ, ス ピ ン ト ロ ニ ク ス に お い て electronics with others in attention を め る quasiparticle で あ る マ グ ノ ン に with mesh し た を line っ た. The magnetic body の classical magnetic 気 order weeks り の 揺 ら ぎ を quantization し た quasiparticle で あ る マ グ ノ ン は, never try in に お い て extremely め て dissipative の less な い キ ャ リ ア で あ る と に, at the same time ス ピ ン を luck ぶ と い う nature か ら theory, be 験 struck surface か ら sheng ん に が line わ れ て い る. Recently after Heisenberg model の コ リ ニ ア strong magnetic body, the strong magnetic body の occasions, 1 マ グ ノ ン state は ス ピ ン play operator の inherent state と な り, well - defined な ス ピ ン flow を definition す る matter が で き る. One party, the classical magnetic が 気 order 120 degrees structure such as の ノ ン コ リ ニ ア tectonic を る occasions, ス ピ ン back planning polices according to sexual の from 発 か つ な completely broken れ の state が be し, マ グ ノ ン state は general に ス ピ ン の inherent state に は な ら な い. This study で は, exercise を specified し た when に マ グ ノ ン が luck ぶ exercise dependence マ グ ノ ン ス ピ ン を definition し, カ ゴ メ checked against strong magnetic body で be presently す る 120 degrees structure に し seaborne て exercise dependence マ グ ノ ン ス ピ ン を し calculation, carry momentum space に お い て プ ロ ッ ト し た. Youdaoplaceholder0 そ results, electron systems で are usually seen in the られな られな volume <s:1> number -2 <s:1> structures を support ったスピ <s:1> vortex structures を are seen in た た. Youdaoplaceholder0, <s:1> スピ スピ <s:1> vortex structure を study を line った by <s:1> た heat transport <e:1>. Each exercise に お け る マ グ ノ ン ス ピ ン と group velocity の product を carry momentum integral す る こ と で have ら れ る quantity を マ グ ノ ン ス ピ ン flow と み な し, hot の under the hook with the Boltzmann equation を computing す る と, limited の ス ピ ン flow forward to numerical を る. こ れ は, ス ピ ン ゼ ー ベ ッ ク unseen fruit を ノ ン コ リ ニ ア against strong magnetic body で 観 measuring で き を る possibility in す も の で あ り, 従 to magnetic field で し か be presently し な い と exam え ら れ て い た against strong magnetic ス ピ ン ゼ ー ベ ッ ク の の patients initially を prompt す る も の で あ る. Mathematical point of に face white い と し て は, 巻 き pay き number の unique numerical が 0 か seaborne 2 の の み ス ピ ン ゼ ー ベ ッ ク unseen fruit が big き く な る point で あ り, 巻 き pay number dependent の き phenomenon の 駆 な example first と し て exam え る matter が で き る.

项目成果

Magnon spin texture in momentum space

动量空间中的磁振子旋转纹理

• 发表时间: 2017
• 作者: Mori H.;Goto K.;Tomoko Suzuki;Nobuyuki Okuma and Masao Ogata;森寿仁，鍋倉賢治，山本正嘉;Tomoko Suzuki;Nobuyuki Okuma
• 通讯作者: Nobuyuki Okuma

Department of Physics/University of Texas at Austin(米国)

物理系/德克萨斯大学奥斯汀分校（美国）

Magnon Spin-Momentum Locking: Various Spin Vortices and Dirac magnons in Noncollinear Antiferromagnets

• DOI: 10.1103/physrevlett.119.107205
• 发表时间: 2017-09-08
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Okuma, Nobuyuki

トポロジカル絶縁体/磁性体界面における電子マグノン相互作用の理論的研究

拓扑绝缘体/磁界面电子-磁振子相互作用的理论研究

• 发表时间: 2016
• 作者: Mori H.;Hwang H.;Goto K.;鈴木智子;大熊信之
• 通讯作者: 大熊信之

Unconventional Spin Hall Effect and Axial Current Generation in a Dirac Semimetal

狄拉克半金属中的非常规自旋霍尔效应和轴向电流的产生

• DOI: 10.1103/physrevb.93.140205
• 发表时间: 2016
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Mori H.;Goto K.;Tomoko Suzuki;Nobuyuki Okuma and Masao Ogata
• 通讯作者: Nobuyuki Okuma and Masao Ogata