Elucidation of effects of interactions between magnons on magnon condensation and thermal transport in magnetic insulators

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14664
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Chuo University (2020-2022); Toho University (2019)
• Principal Investigator: Arakawa Naoya 中央大学, 理工学研究所, 専任研究員 (20736326)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スピントロニクス / マグノン / 磁性絶縁体 / マグノン間相互作用 / 輸送現象

Outline of Final Research Achievements

We conducted the systematic, theoretical studies about the effects of magnon-magnon interactions on magnon condensation and transport phenomena of several magnetic insulators, and obtained the following results: 1. the finding of an interband magnon drag induced by the magnon-magnon interaction in magnon transport phenomena of a ferrimagnetic insulator, 2. the finding of a new magnon drag, an interaction effect characteristic of noncollinear magnets, in magnon transport phenomena of a canted antiferromagnetic insulator, and 3. the understanding of the effects of the magnon-magnon interaction on the magnon energy dispersion and pair condensation in a spiral magnetic insulator.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

マグノンの流れを使う磁性絶縁体のスピントロニクスの理解にはマグノン間相互作用の理解が必要不可欠でしたが、これまでの多くの研究ではその影響は無視されていました。本研究により、磁性絶縁体のマグノンの輸送現象においてマグノン間相互作用があるからこそ実現する新しい性質を発見しました。本研究の成果は磁性絶縁体のスピントロニクスにおけるマグノン間相互作用の物理の学理構築として学術的意義があります。また、本研究で発見した新しい性質を利用することで磁性絶縁体のマグノンの熱流やスピン流の大きさの変調が可能になるため、社会的にも意義のある成果です。