2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theory of spin dynamics induced by temperature gradient
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18K13508
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
下出 敦夫 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (20747860)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 多極子 / カイラル量子異常 / カイラリティ誘起スピン選択性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は軸性磁気効果 (AME)について研究を行った．この現象は質量のないWeyl fermionに軸性磁場をかけるとそれと平行にエネルギー流が流れるとされるもので，昨年度研究を行ったカイラル渦効果 (CVE)と相反関係にあり，CVEが輸送測定で観測されないのであれば，AMEも同じはずである．Weyl fermionの格子模型を開放境界条件の下で対角化し，エネルギー流の分布を計算することで，バルクのエネルギー流は非零であるが，表面の寄与によって平均的には消えることを見出した．これは軸性ゲージ場が真のゲージ場ではなく単なる非一様な磁化であり，磁化エネルギー流が生じているためである．実際にエネルギー磁化から磁化エネルギー流を計算し，得られたエネルギー流の分布と一致することを明らかにした．すなわち，AMEにおけるエネルギー流は全て磁化流であり，輸送測定では観測されない．
補助事業期間を通じて，結晶における軌道・スピン磁気多極子の定式化を行い，電気磁気効果との関係を示すとともに，温度勾配によって磁化が誘起される重力電気磁気効果を提案した．また，らせん系における幾何学的スピン軌道相互作用の提案と，それに由来する電流誘起スピン分極の計算を行った．スピン渦度相互作用を考慮し，カイラル量子異常に由来するCVEとAMEはいずれも磁化流が生じているだけで，輸送測定では観測されないことを示した．古くから強相関電子系の分野で研究されてきた多極子をスピントロニクスの分野と結びつけるとともに，必ずしも温度勾配にとらわれず，曲がった空間，非一様な系におけるスピンの相互作用や応答を研究することができた．
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