2020 Fiscal Year Research-status Report
スピン多極子由来のマグノンクラスターによるスピン伝導・熱伝導
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19K03678
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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 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (10354903)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン多極子 / 多極子励起スペクトル / カレント相関関数 / 共鳴非弾性X線散乱 / 密度行列繰り込み群 / 数値対角化 / 熱的純粋量子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場中フラストレート強磁性鎖において、２つのマグノンが束縛対を形成するスピン四極子、さらに八極子（３マグノン）、十六極子（４マグノン）と一連のスピン多極子液体が実現することが理論的に示され、注目されている。磁気特性に関して、八極子状態までの範囲でスピン励起スペクトル、四極子励起スペクトル、及び八極子励起スペクトルを解析してきたが、今年度はさらに高次の多極子に枠を広げて、十六極子状態まで含めた系統的な解析を進めた。
また、輸送特性に関して、スピン流とエネルギー流のカレント相関関数の解析を進めた。素朴には、まとまって運ばれる角運動量が増えるにつれてスピン伝導・熱伝導が増大すると期待されるが、マグノン数が２マグノンから３マグノン、４マグノンへと変化するにつれて、スピン流相関が減少することが分かった。
スピン四極子の励起を観測できる有力な実験手法として、共鳴非弾性X線散乱(Resonant Inelastic X-ray Scattering, RIXS)に着目して研究を進めた。LiCuVO4のRIXS実験結果と比較するために、四極子励起スペクトルの低磁場での振る舞いを数値計算で調べた。この際、これまで調べてきたx2-y2成分だけでなく、四極子の全5成分(x2-y2,3z2-r2,xy,yz,zx)について解析した。磁場方向に応じて各成分がどう変化するか、実際のRIXS過程でどの成分が支配的になるかについて検討を進めている。
スピン流と熱流の結合効果であるスピンゼーベック効果に関する研究項目を推進するため、熱的純粋量子状態の方法で有限温度の物理量を計算するための計算コードを開発した。
本研究と関連して、擬一次元イジング型反強磁性体BaCo2V2O8の横磁場中磁気励起について、数値計算とESR実験との比較を行い、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
十六極子状態まで含めて、多極子励起スペクトル及びカレント相関関数の系統的な解析を進めた。輸送特性はまとまって運ばれるマグノン数で単純に決まるのではなく、多極子励起の分散などの磁気特性が深く関係していることが明らかになってきている。これらの成果について、論文投稿準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピン伝導・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、マグノンクラスターの波束ダイナミクスを時間依存密度行列繰り込み群によって調べる。また、熱的純粋量子状態の方法を用いて、スピン流と熱流の結合効果であるスピンゼーベック効果に関する研究に取り組む。
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| Causes of Carryover |
数値計算データのバックアップ機器を購入予定だったが、HDD容量にまだ20%程余裕がありバックアップ機器の購入を見送った分の残額が生じた。生じた次年度使用額は、バックアップ機器の購入に係る費用として使用する。
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