非平衡グリーン関数を用いた微視的な量子スピンポンピング理論の構築

• Project/Area Number: 13J02747
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(理論)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 仲田 光樹 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: スピン流 / マグノン / 強磁性絶縁体 / スピントロニクス / 国際研究者交流(スイス) / 国際研究者交流(フランス) / 国際情報交換(スイス) / 国際情報交換(フランス) / スピンポンピング / 国際研究者交流 / スイス / 国際情報交換 / フランス : アメリカ

Outline of Annual Research Achievements

本研究の最重要課題であった「非平衡グリーン関数に基づく微視的なスピンポンピング理論の構築」については初年度に達成することができた。そこで最終年度はその発展研究「準平衡マグノン凝縮中の超スピン流の電磁力学的制御方法の確立：幾何学的位相を活用して」についてバーゼル大学（スイス）に長期滞在し、Daniel Loss教授、 Pascal Simon教授（パリ11大学）、 Kevin A. van Hoogdalem博士と共同で研究を発展させた。
強磁性絶縁体中の巨視的量子効果である「マグノン凝縮」はある種の「スピン波の超伝導体」と位置づけることができる。さらに従来の超伝導体にはない、磁気双極子であるマグノンに特有の特徴としてAharonov-Casher位相と呼ばれる一種のBerry位相が挙げられる。この種の幾何学的位相は電場を通じて制御可能であることに着目し、マグノン凝縮流、特に超スピン流の一種である永久マグノン凝縮流の電磁気的制御方法および直接検出方法を理論的に提案した。
この研究は近年発展目覚ましいスピントロニクス（マグノニクス）分野で注目されている超スピン流の一種である`Magnon-Supercurrent'のさきがけとなるものである。現在はドイツのグループによって2015年に世界で初めて観測されたMagnon-Supercurrentの実験結果を踏まえ、「熱的Magnon-Supercurrent」の理論を構築している。マグノン凝縮状態は巨視的量子状態であり、情報の損失に対して安定であることが期待されるため、量子スピントロニクスデバイス開発へ向けての基礎研究にも大きく貢献することが期待される。
現在はこれらの研究成果を糧に、更なる発展研究として「マグノン超流のac/dc変換機構」および「熱的マグノン流の熱磁気的性質」の微視的解明にも取り組んでおり、着実な成果を得ている。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Magnon transport through microwave pumping (2015)
  • Author(s): Kouki Nakata, Pascal Simon, and Daniel Loss
  • Journal Title: arXiv:1502.03865 Volume: arXiv:1502.03865 Pages: 1-11
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Josephson and persistent spin currents in Bose-Einstein condensates of magnons (2014)
  • Author(s): Kouki Nakata, Kevin A. van Hoogdalem, Pascal Simon, and Daniel Loss
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Issue: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.144419
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Berry位相で制御するマグノンBEC系のJosephsonスピン流 (2014)
  • Author(s): 仲田光樹
  • Organizer: 日本物理学会 2014年 秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] Josephson Effects & Persistent Spin Current in Magnon-BEC due to Berry Phase (2014)
  • Author(s): Kouki Nakata
  • Organizer: 東京大学物性研究所 理論インフォーマルセミナー
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2014-09-02
• [Presentation] Electric-Field Control of Josephson Spin Currents in Bose-Einstein Condensates of Magnons Using Berry Phase (2014)
  • Author(s): Kouki Nakata
  • Organizer: Spin Qubit 2 (Second school and conference on Spin-based quantum information processing)
  • Place of Presentation: Konstanz, GERMANY
  • Year and Date: 2014-08-20
• [Presentation] Electric-Field Control of Josephson Spin Currents in Magnon BEC Using Berry Phase (2014)
  • Author(s): Kouki Nakata
  • Organizer: QC2 Seminar
  • Place of Presentation: University of Basel, SWISS
  • Year and Date: 2014-05-15
• [Presentation] Non-Equilibrium Quantum Spin Transport Theory Based on Schwinger-Keldysh Formalism ; Related Topics to Spin Current (2013)
  • Author(s): 仲田 光樹
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所セミナー(host ; 早川尚男教授)
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所研究棟・講義室K202
  • Year and Date: 2013-11-18
  • Invited
• [Remarks] University of Basel, Daniel Loss Group
  • URL: http://quantumtheory.physik.unibas.ch/people/nakata/
• [Remarks] Kouki Nakata
  • URL: https://sites.google.com/site/koukinakata2014/
• [Remarks] 研究代表者web page ;
  • URL: https://sites.google.com/site/koukinakata2014/
• [Remarks] 研究代表者、海外長期研究滞在、受け入れ研究室Host ; Prof. Daniel Loss, Univ. of Basel, Swiss we bpage ;
  • URL: http://quantumtheory.physik.unibas.ch/index.php