Semiclassical theory of wave packet dynamics in curved spacetime and its application to nonlinear responses

弯曲时空波包动力学的半经典理论及其在非线性响应中的应用

基本信息

批准号：
22K03498
负责人：
下出敦夫
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

スピンHall (Nernst)効果はスピン軌道相互作用を通じて電場 (温度勾配)と垂直にスピン流が流れる現象として理解されており，情報を担うスピンを電気的に (排熱を用いて)運ぶことを可能にすることから応用上も重要である．しかし理論的には，スピン軌道相互作用がある系ではスピン流を一意的に定義することができないので，これらの現象をスピン流の応答係数であるスピンHall (Nernst)伝導度によって記述することに物理的な意味はない．実際，Rashba型のスピン軌道相互作用をもつ系に電場をかけると端でスピン蓄積が観測され，スピン流が変化したものと解釈されているが，スピンHall伝導度は厳密に0となることが知られており，この解釈は誤りである．さらにスピンNernst伝導度に関しては，線形応答理論では絶対零度で発散してしまい，物理的な結果を得ることができない．そこで私は端におけるスピン蓄積に着目し，電場 (温度勾配)の勾配に対するスピンの応答として再定式化を行った．スピン流と異なりスピンは常によく定義されており，電場 (温度勾配)の勾配は端でピークをもつため，これらの応答は端のスピン蓄積を記述すると期待される．まずスピンHall効果に関して，スピンHall伝導度が0になる上述の系において，スピン蓄積が観測されたという実験結果と整合する非零の応答係数を得た．さらにスピンNernst効果に関して，時間反転対称性があり，相互作用が無視できる場合には，電場勾配に対する応答係数との間にMottの関係式が成り立ち，絶対零度では0になることを示した．本研究によってスピンHall (Nernst)伝導度に代わる物理的に意味のあるスピン-電荷 (熱)変換効率が定式化された．これらは散逸を特徴づける緩和時間を除いて第一原理的に計算することができ，実験的に観測可能なスピン蓄積と比較することができる．

自旋大厅（Nernst）效应被理解为一种现象，在这种现象中，旋转电流通过自旋轨道相互作用垂直于电场（温度梯度）流动，并且对于应用也很重要，因为它允许旋转信息的旋转（使用排气热）。但是，从理论上讲，旋转电流不能在具有自旋轨道相互作用的系统中唯一定义，因此用自旋霍尔（Nernst）电导率（旋转电流的响应系数）描述这些现象没有物理含义。实际上，当将电场应用于具有RASHBA型自旋轨道相互作用的系统时，在边缘观察到自旋积累，并且被解释为旋转电流的变化，但众所周知，旋转厅的电导率严格为零，这是一个错误。此外，关于旋转的Nernst电导率，线性响应理论在绝对零上发散，因此无法获得物理结果。因此，我专注于边缘的自旋积累，并将其重新制定为自旋对电场梯度（温度梯度）的响应。与自旋电流不同，自旋始终定义得很好，并且由于电场的梯度（温度梯度）在边缘具有峰值，因此这些响应有望描述边缘的自旋积累。首先，关于自旋大厅的效应，非零响应系数与实验结果一致，在该实验结果中，在上述系统中观察到旋转堆积为零。此外，当与相互作用的时间内对称性可以忽略不计时时，Mott的关系在电场梯度的响应系数之间存在，并且在绝对零下变为零。这项研究制定了物理有意义的自旋荷兰（热）转换效率，以代替自旋大厅（NERNST）电导率。这些可以在第一原理中计算出来，除了散发耗散的放松时间，并且可以与实验可观察到的自旋积累进行比较。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Theory of Spin Hall (Nernst) Effect without Spin Current

无自旋电流的自旋霍尔（能斯特）效应理论

DOI：
10.11316/butsuri.78.3_146
发表时间：
2023
期刊：
Butsuri
影响因子：
0
作者：
R. Tadokoro;S. Yamamoto;下出敦夫
通讯作者：
下出敦夫

らせん系における幾何学的スピン軌道相互作用

螺旋系统中的几何自旋轨道相互作用

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
R. Tadokoro;S. Yamamoto;下出敦夫;Atsuo Shitade and Gen Tatara;Atsuo Shitade;下出敦夫
通讯作者：
下出敦夫

スピン流によらないスピン蓄積

无自旋电流的自旋累积

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
下出敦夫;多々良源
通讯作者：
多々良源

Spin accumulation without spin current

无自旋电流的自旋积累

DOI：
10.1103/physrevb.105.l201202
发表时间：
2022
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
K. Nishigomi;A. Kumatani;K. Tsukagoshi;and K. Wakabayashi;Atsuo Shitade and Gen Tatara
通讯作者：
Atsuo Shitade and Gen Tatara

スピンNernst効果におけるスピン蓄積

自旋能斯特效应中的自旋积累