低次元磁性体のマグノン対が織り成すスピン伝導・熱伝導現象

• 研究課題/領域番号: 16K05494
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 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, 研究副主幹 (10354903)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: スピンネマティック状態 / スピン伝導度 / 熱伝導度 / 四極子励起スペクトル / 波束ダイナミクス / 密度行列繰り込み群 / 数値対角化 / 動的密度行列繰り込み群 / 磁性

研究成果の概要

低次元磁性体のスピンネマティック状態においてマグノン対が流れる効果に着目して、マグノン対によるスピン伝導と熱伝導の輸送特性、および輸送特性と磁気特性との関係について研究した。有限温度でのスピン伝導度と熱伝導度、絶対零度でのスピン流と熱流の動的相関関数、四極子励起スペクトル、波束の伝播ダイナミクスについて、多面的な数値的解析を行い、マグノン対が新たなキャリアとしてスピン伝導・熱伝導に寄与することを示唆する結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

スピンネマティック状態ではマグノン対が磁化2を運ぶため、通常の磁気秩序系でマグノンが磁化1を運ぶのと比較して、より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、マグノン対がスピン伝導・熱伝導に寄与する効果について多面的な数値的解析を行った。低次元量子スピン系のいわゆる隠れた秩序の磁気励起子がスピン伝導や熱伝導に寄与することを示唆する結果が得られており、スピン伝導・熱伝導のメカニズムを考察する上で新しい視点を与えるものである。

研究成果

• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/NIST Center for Neutron Research(米国)
• [国際共同研究] National Chung-Hsing University/National Taiwan University/National Tsing Hua University(Taiwan)
• [雑誌論文] Magnetic excitations and transport properties in frustrated ferromagnetic chain (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 巻: 479 ページ: 88-90
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.02.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamical quadrupole structure factor of frustrated ferromagnetic chain (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 雑誌名: Physica B 巻: 536 ページ: 346-349
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.10.056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neutron-scattering study of yttrium iron garnet (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Shamoto, T. U. Ito, H. Onishi, H. Yamauchi, Y. Inamura, M. Matsuura, M. Akatsu, K. Kodama, A. Nakao, T. Moyoshi, K. Munakata,T. Ohhara, M. Nakamura, S. Ohira-Kawamura, Y. Nemoto, and K. Shibata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 5 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.054429
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic structure and dispersion relation of the S=1/2 quasi-one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCo2V2O8 in a transverse magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuda, H. Onishi, A. Okutani, J. Ma, H. Agrawal, T. Hong, D. M. Pajerowski, J. R. D. Copley, K. Okunishi, M. Mori, S. Kimura, and M. Hagiwar
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 号: 2 ページ: 024439-024439
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.024439
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum phase transitions driven by rhombic-type single-ion anisotropy in the S=1 Haldane chain (2017)
  • 著者名/発表者名: Y.-C. Tzeng, H. Onishi, T. Okubo, and Y.-J. Kao
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.060404
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variational Wavefunction for the Periodic Anderson Model with Onsite Correlation Factors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kubo and H. Onishi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 1 ページ: 013701-013701
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.013701
  • NAID: 40021057621
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] マグノン対輸送の実時間ダイナミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 量子スピン系研究会
• [学会発表] Magnon-pair excitation and transport in spin nematics (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 学会等名: New excitations in Spintronics 2019
  • 国際学会
• [学会発表] フラストレート量子スピン鎖の磁気励起とスピン伝導 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
• [学会発表] Magnetic excitations and transport properties in frustrated ferromagnetic chain (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 学会等名: Joint European Magnetic Symposia
  • 国際学会
• [学会発表] マグノン対輸送の実時間ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] マグノン対の流れによるスピン伝導・熱伝導 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 基研研究会「スピン系物理の最前線」
• [学会発表] Magnetic excitations of spin nematic state in frustrated quantum spin system (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 学会等名: Universal Physics in Many-Body Quantum Systems
  • 国際学会
• [学会発表] スピンネマティック状態におけるマグノン対の伝播ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会(2018年)
• [学会発表] フラストレート量子スピン鎖の磁気励起とスピン伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
• [学会発表] Dynamical quadrupole structure factor of frustrated ferromagnetic chain (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] フラストレート強磁性鎖のスピンネマティック状態における磁気熱効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] スピン多極子相のスピン伝導と熱伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 量子スピン系研究会
• [学会発表] フラストレート量子スピン鎖のスピン伝導と熱伝導 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 量子スピン系研究会
  • 発表場所: 福井大学文京キャンパス (福井県 福井市)
  • 年月日: 2016-12-02
• [学会発表] フラストレート量子スピン鎖のスピン伝導と熱伝導 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス (石川県 金沢市)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Spin and quadrupole excitations in spin nematic state (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Onishi
  • 学会等名: 8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] 強磁性フラストレート鎖のスピンネマティック状態の磁気励起 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大西弘明
  • 学会等名: ポスト「京」重点課題（７）「次世代の産業を支える新機能デバイス・高性能材料の創生」サブ課題Ｇ第４回「共通基盤シミュレーション手法」連続研究会
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス (東京都 葛飾区)
  • 年月日: 2016-05-07
  • 招待講演
• [備考] 大西弘明
  • URL: http://www11.plala.or.jp/sces/onishi/index.html