2021 Fiscal Year Annual Research 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 |
通常の磁気秩序系では、角運動量１を運ぶマグノンが伝播することでスピン流や熱流を生じることが知られている。一方、スピン多極子状態では、多マグノン束縛状態を形成するため、マグノンクラスターがまとまって多くの角運動量を運ぶと考えられる。本研究は、マグノンクラスターの流れによるスピン伝導・熱伝導の特性を明らかにすることを目的としている。
フラストレート強磁性鎖で発現する四極子（２マグノン）、八極子（３マグノン）といった一連のスピン多極子液体に着目して、輸送特性と磁気特性を数値計算で系統的に調べた。スピン流の流れやすさの指標としてスピン流相関関数を解析した。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が増大すると期待されるが、多マグノン状態への転移点をまたいでスピン流相関が急激に減少することが分かった。エネルギー流相関関数についても同様の特徴を見出した。
輸送特性と磁気特性の関連を解明するため、スピン、四極子、八極子の励起スペクトルを解析した。多マグノン状態に移行するにつれて分散構造がより平坦になる特徴を見出した。上述の輸送特性は、３マグノンクラスターの方が２マグノンクラスターより多くの角運動量を運ぶものの、分散構造の傾きで与えられる伝播速度が小さく、全体として流れる角運動量が減少すると解釈できる。
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の伝播ダイナミクスを調べた。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を研究するため、熱的純粋量子状態の方法で有限温度特性を調べる計算コードを開発した。また、四極子励起を観測する有力な実験手法として、共鳴非弾性X線散乱に着目した研究に取り組んだ。
本研究と関連して、擬一次元イジング型反強磁性体BaCo2V2O8の磁場中磁気励起について、数値計算とESR実験の比較を行い、論文発表した。
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[Journal Article] Optical selection rules of the magnetic excitation in the S=1/2 one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCo2V2O82022
Author(s)
S. Kimura, H. Onishi, A. Okutani, M. Akaki, Y. Narumi, M. Hagiwara, K. Okunishi, K. Kindo, Z. He, T. Taniyama, M. Itoh
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 105
Pages: 014417
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic Excitations of the Spin-1/2 Quasi-One-Dimensional Ising-Like Antiferromagnet BaCo2V2O8 in a Transverse Magnetic Field2021
Author(s)
A. Okutani, H. Onishi, S. Kimura, T. Takeuchi, T. Kida, M. Mori, A. Miyake, M. Tokunaga, K. Kindo, M. Hagiwara
Organizer
22nd International Society of Magnetic Resonance Conference, 9th Asia- Pacific NMR Symposium
Int'l Joint Research
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[Presentation] 擬一次元Ising型反強磁性体BaCo2V2O8における磁気励起の光学選択則II2021
Author(s)
木村尚次郎, 大西弘明, 奥谷顕, 赤木暢, 鳴海康雄, 萩原政幸, 奥西巧一, 金道浩一, 何長振, 谷山智康, 伊藤満
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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