Interconversion between spin current and phonon via spin-rotation coupling

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昨年度までに、非磁性絶縁体や磁性絶縁体に温度勾配や電場を印加することでフォノン角運動量が生成されることを理論的に提案し見積もり、生成されたフォノン角運動量を剛体回転や磁化に変換することを提案した。本年度は、主に以下の2項目について研究を行った。第一に、温度勾配により誘起されるフォノン角運動量と電場により誘起されるフォノン角運動量の高温極限と低温極限での振る舞いについて考察した。温度勾配により誘起されるフォノン角運動量の応答テンソルは、高温極限では定数に収束し、低温極限では温度の3乗に比例することを示した。一方、電場により誘起されるフォノン角運動量は、高温極限では消失し、低温極限では零点振動が主要な寄与として残ることを確認した。第二に、電子スピンとフォノン角運動量の変換についてスピン回転結合を用いずに微視的な模型で研究を行った。フォノン角運動量は、結晶格子の各原子の局所的な微小回転運動を表し、系の全体的な回転運動と異なり、スピン回転結合を適用できるかは自明ではない。簡単な模型として、最近接強束縛模型を用いて、スピン軌道相互作用を持ち空間反転対称性の破れた蜂の巣格子に格子点の局所回転運動を加えた系について電子スピン期待値を計算した。断熱近似を用いて、格子点が局所回転運動する場合と単純振動する場合についてそれぞれスピン期待値を計算した。その結果、格子点の微視的な回転運動はスピン軌道相互作用を介して回転軸方向のスピン期待値を有限にすることが分かった。