Spin and thermal transport mediated by magnon cluster of spin multipole origin

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03678
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Onishi Hiroaki 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

To understand the effect of the flow of a magnon cluster in a spin multipole state in a quantum magnet, we study spin and thermal transport properties and multipole excitation spectra by exploiting numerical methods. By performing systematic analyses for higher multipoles, we find out the relation between transport and magnetic properties. In particular, the flow of spin current is not simply determined by the number of magnons in a magnon cluster but closely related to magnetic properties such as the dispersion of multipole excitations.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スピン多極子状態では複数のマグノンが束縛されたマグノンクラスターが角運動量を運ぶため、磁気秩序系でマグノンが角運動量１を運ぶよりも、効率的にスピン流を生成できる可能性がある。本研究では、量子磁性体の新奇な磁気励起子であるマグノンクラスターが関与するスピン伝導・熱伝導の特徴を明らかにしており、新奇量子相を探索する量子スピン系分野と、高効率なスピン・熱輸送特性を持つ磁性体の開発を行うスピントロニクス分野の融合的研究の発展に寄与している。