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Quantitative calculation of magnon transport properties of insulators

研究課題

研究課題/領域番号 17K14102
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 応用物性
研究機関東北大学

研究代表者

Barker Joseph  東北大学, 金属材料研究所, 特任助教 (10746910)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードspintronics / magnons / transport / yttrium / iron garnet / antiferromagnet / conductivity / simulation / spincaloritronics / simulations / magnetism
研究実績の概要

I have implemented a quantum thermostat for atomistic spin dynamics. I have rigorously checked its correctness in simple systems by comparison with analytically derivable results and in complex systems by comparing to experiments. The manuscript for this result is in the final stages of preparation for submission.

I have succeeded in calculating magnon transport properties in the complex magnetic insulator Yttrium Iron Garnet (YIG). This includes the magnon spin conductivity and the magnon heat conductivity. This work required the quantum thermostat to achieve correct results at all temperatures. The magnon spin conductivity shows excellent agreement with experimental measurements but the heat conductivity shows a difference at higher temperature which may be due to defects or phonons. The manuscript of this work will soon be written and submitted for publication.

I have also investigated magnon transport in antiferromagnetic insulators, notably Cr2O3, in collaboration with the experimental group of Prof. Eiji Saitoh (Tohoku) and theorists at the Johannes Gutenberg University, Mainz. In YIG/Cr2O3/Pt devices the Cr2O3 can be used to switch spin currents on and off. This work was published in Nature Materials. The unusual temperature dependence of anisotropy in Cr2O3 is important for this and I am currently preparing a manuscript where my calculations show the dipole anisotropy in this material has an anomalous behaviour.

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] JGU University Mainz(Germany)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Johannes Gutenberg University of Mainz(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator2018

    • 著者名/発表者名
      ZY. Qiu, D. Hou, J. Barker, K. Yamamoto, O. Gomonay, and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 17 号: 7 ページ: 577-580

    • DOI

      10.1038/s41563-018-0087-4

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Atomistic simulations of spin caloritronic properties of complex magnets2018

    • 著者名/発表者名
      Barker Joseph
    • 学会等名
      Spin Mechanics V, Les Houches, France
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Calculating spin transport properties in magnetic insulators2018

    • 著者名/発表者名
      Barker Joseph
    • 学会等名
      PASPS10, Linz, Austria
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Atomistic spin dynamics calculations with a quantum thermostat2018

    • 著者名/発表者名
      Barker Joseph
    • 学会等名
      Collective Spin Excitations in Nanostructures KITS Workshop, Beijing, China
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Atomistic simulations of spin caloritronic properties of complex magnets2018

    • 著者名/発表者名
      Joseph Barker
    • 学会等名
      Spin Mechanics 5
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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