2017 Fiscal Year Research-status Report
低次元磁性体のマグノン対が織り成すスピン伝導・熱伝導現象
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16K05494
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
大西 弘明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10354903)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピンネマティック状態 / 四極子励起スペクトル / スピン伝導度 / 熱伝導度 / 波束ダイナミクス / 密度行列繰り込み群 / 数値対角化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場中強磁性フラストレート鎖のスピンネマティック状態の四極子励起スペクトルについて、動的密度行列繰り込み群による系統的な解析を進めて、磁場・相互作用パラメータ依存性の詳細を調べた。その結果、磁場が減少するにしたがって、ギャップレスモード近傍の分散が底広の放物線型から底狭の線形に近い構造へと変化することが分かった。また、最近接強磁性交換相互作用の増加に伴い、飽和磁場近傍でのギャップレスモードの底広フラット構造が顕著になり、磁気フラストレーションの効果で多くの状態が擬縮退する特徴を見出した。
マグノン対の流れによるスピン・熱伝導に関して、スピン・熱ドルーデ重みの数値対角化による系統的な解析を進めて、温度・磁場依存性の詳細を調べた。スピンドルーデ重みは磁場を加えると一旦増加してピークを生じた後減少するのに対して、熱ドルーデ重みは、交換エネルギー流の寄与による増大が磁気熱補正で打ち消されて、全体として熱ドルーデ重みは単調に減少することを見出した。また、有限温度でのドルーデ重みとは相補的に、絶対零度基底状態でのスピン流と熱流の静的・動的相関関数の解析も新たに進行中である。
スピン・熱伝導のメカニズムを視覚的に捉えるアプローチとして、マグノン対やマグノンの波束の時間発展を時間依存密度行列繰り込み群によって解析するためのプログラムを開発整備して、予備的な計算を行った。飽和磁場近傍では、四極子励起スペクトルのギャップレスモードの底広フラット構造を反映して、波数piのマグノン対波束が局在構造を保つ様相を捉えることができた。
本研究と関連して、S=1ハルデン鎖において斜方晶型の単一イオンにより誘起される量子相転移、擬一次元XXZ反強磁性体BaCo2V2O8の横磁場中の磁気励起についても解析を行い、論文発表した。
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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
マグノン対形成を特徴付ける四極子励起スペクトルについて着実に成果が得られ、論文発表できた。スピン・熱伝導特性に関して、有限温度でのドルーデ重みに加えて、絶対零度基底状態でのカレント相関関数の解析も順調に進んでいる。また、研究計画通り、マグノン対の波束ダイナミクスの解析にも着手して、予備的結果を得ている。国際会議や学会で成果発表も行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピンネマティック状態の磁気熱効果について、ドルーデ重み、カレント相関関数の解析を進めていく。磁気励起と輸送特性の関連性について、束縛マグノン数への依存性を明らかにするため、これまで解析してきた四極子励起スペクトルに加えて、八極子励起スペクトルの解析を行い、四極子相と八極子相の性質を比較する。マグノン対の波束ダイナミクスについて、振動外場や磁場勾配を加えた場合の性質を調べ、マグノン対の流れを制御する方法を探索する。有限温度に対する密度行列繰り込み群の方法論に関する技術開発として、有限温度密度行列繰り込み群とデータサイエンスのアプローチを応用した計算手法の開発を進めつつあり、その実装に取り組む。
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| Causes of Carryover |
学会参加のための旅費が想定よりも予算を抑えられたため、次年度使用額が生じた。生じた次年度使用額は、研究成果の発表に係る費用（学会参加費、旅費）として使用する。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Neutron scattering study of yttrium iron garnet2018
Author(s)
S. Shamoto, T. U. Ito, H. Onishi, H. Yamauchi, Y. Inamura, M. Matsuura, M. Akatsu, K. Kodama, A. Nakao, T. Moyoshi, K. Munakata, T. Ohhara, M. Nakamura, S. Ohira-Kawamura, Y. Nemoto, and K. Shibata
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 97
Pages: 054429(1-9)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Magnetic structure and dispersion relation of the S=1/2 quasi-one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCo2V2O8 in a transverse magnetic field2017
Author(s)
M. Matsuda, H. Onishi, A. Okutani, J. Ma, H. Agrawal, T. Hong, D. M. Pajerowski, J. R. D. Copley, K. Okunishi, M. Mori, S. Kimura, and M. Hagiwara
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 96
Pages: 024439(1-8)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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