Theoretical study of spin and thermal transport near a phase transition in magnetic materials
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21K03469
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
青山 和司 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (00623133)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | カイラリティ / 磁気スカーミオン / 非相反輸送 / スピン流 / 相転移 / 輸送現象 / 熱流 / フラストレート磁性体 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、スピントロニクスの分野においてスピン流が注目されています。電荷の移動が電流をつくるように、磁性体（磁石）の基本構成要素であるスピンが時間変化するとスピン流が生じます。最近、スピン流を用いた物性探索も行われるようになってきたことを背景に、基礎理論を構築すべく、本研究では磁性体においてスピンの状態変化（相転移）が生じる際に、スピン流や熱流にどのような影響が現れるのかを数値シミュレーションを用いて明らかにします。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度の研究目的は、２次元ブリージングカゴメ格子J1-J3反強磁性体で生じるカイラル相転移が、スピン流、熱流の輸送特性にどのような影響を及ぼすのかを明らかにすることであった。上記のJ1-J3スピンモデルは、ジャロシンスキー-守谷（DM）相互作用を含まないため、カイラリティの正負に関する縮退が残り、低温のカイラル相では正負どちらか一方のカイラリティが自発的に選択される。このカイラリティ選択と輸送特性の相関を明らかにするため、まず、磁気輸送現象の源であるスピンダイナミクスの性質の理解を目指した。
カイラリティ選択が、スピンの動的構造因子、スピン波分散にどのような影響を与えるのかを、数値計算と解析計算を相補的に用いることで調べた結果、カリラリティの符号によって、スピン波分散の様子が大きく異なることが明らかとなった。さらに、その原因が、カイラル相ではスピン波分散が波数空間上のΓ点に関し非対称になっていることにあることも明らかとなった。通常、等価であるはずの２波数点 k と -k がカイラル相では非等価となっており、これは非相反スピン波伝播が可能であることを示唆している。
また、カイラル相の磁気構造は小型のスカーミオン結晶とみなせることに着目して、スピン波の各モードをカイラリティのモードという観点で整理した。負のカイラリティに相当するスカーミオン構造では、構造中心に対しカイラリティが時計回りに時間発展するのに対し、正のカイラリティに相当する反スカーミオン構造では、カイラリティが反時計回りに時間発展するなど、特徴的な性質を示すモードが存在することも明らかとなった。これらの結果は、現在論文に執筆中である。
また、本年度の研究対象であったカゴメ格子系において低温で電荷密度波（CDW）を示す物質も近年報告されており、今後の展開も見据え、CDWの輸送現象についての理論解析も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最終目的である輸送現象の理解に向け、基礎となるスピンダイナミクスとカイラリティの相関を明らかにすることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁気輸送現象を理解する際の基礎となるスピンダイナミクスの性質が明らかとなったので、次のステップとしてスピン波の諸性質が輸送現象にどのように反映されるのかを明らかにする。モンテカルロ及びスピンダイナミクス数値シミュレーションを用いて、輸送係数の温度依存性を調べる。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
