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スピン非保存系におけるスピン流の定義

Research Project

Project/Area Number 16J07110
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大熊 信之  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords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
Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] Department of Physics/University of Texas at Austin(米国)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Magnon Spin-Momentum Locking: Various Spin Vortices and Dirac magnons in Noncollinear Antiferromagnets2017

    • Author(s)
      Okuma Nobuyuki
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 119 Issue: 10 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.107205

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theory of the spin-Seebeck effect at a topological-insulator/ferromagnetic-insulator interface2017

    • Author(s)
      Okuma Nobuyuki、Masir Massoud Ramezani、MacDonald Allan H.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 95 Issue: 16 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.165418

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Microscopic derivation of magnon spin current in a topological insulator/ferromagnet heterostructure2017

    • Author(s)
      Nobuyuki Okuma, Kentaro Nomura
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 95 Issue: 11 Pages: 115403-115410

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.115403

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Unconventional Spin Hall Effect and Axial Current Generation in a Dirac Semimetal2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Okuma and Masao Ogata
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Issue: 14 Pages: 140205-140208

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.140205

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Magnon spin texture in momentum space2017

    • Author(s)
      Nobuyuki Okuma
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans(USA)
    • Year and Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magnon Spin-Momentum Locking: Possible Realization in kagome lattice antiferromagnet2017

    • Author(s)
      大熊信之
    • Organizer
      International Conference on Topological Materials Science 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magnon spin texture in momentum space2017

    • Author(s)
      大熊信之
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 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2016

    • Author(s)
      大熊信之
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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