| 研究課題/領域番号 |
19K14649
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
石塚 大晃 東京工業大学, 理学院, 准教授 (00786014)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | スピン流 / 非線型光学効果 / シフト流 / スピントロニクス / 量子磁性体 / トポロジカル絶縁体 / 軌道自由度 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、これまでの理論で原理を確立した光誘起スピン流を観測するための候補物質の探索を行った。特に、中性子散乱から有効模型が知られているCrハライド系の磁性絶縁体に着目し、この系の光誘起スピン流を解析した。また、スピンの非保存性の効果を考慮した理論構築を進めるため、非線形応答理論の最定式化を行った。
反転対称性の破れた強磁性体における非線形スピン流については、これまでに２スピノン過程[H.I. et al., Phys. Rev. Lett. (2019)]や２マグノン過程による非線形スピン流の整流[H.I. et al., Phys. Rev. B (2019)]が可能であることを明らかにし、さらに、昨年度は１マグノン過程を用いた非線形応答理論の一般公式を導出した。これらの研究では一般公式を導出していたものの、実際の計算は、主に理論的に扱いやすい理想的な模型を用いていた。本年度は、これらの現象を実験的に解析するのに適した物質を明らかにするため、第一原理計算や中性子散乱によって、有効スピン模型が知られている物質を対象に光誘起スピン流の定量的評価を行った。その結果、Crハライド系物質の２層系を用いて大きな光誘起スピン流が生成できる可能性を明らかにすることができた[H.I. et al., Phys. Rev. Lett. (2022)]。
さらに、これまで光誘起スピン流の研究で用いてきた非線形応答理論を拡張して、スピン角運動量の非保存性の効果を取り入れられる理論の構築を目指した。そして、これまでに一般公式の導出に成功した。また、フロケ理論を用いて、光誘起スピン流が生じている状態における電子状態の解析を行い、電子系の相図を導出した。
以上のように、本年度は、主に実験的検証の観点から鍵になる候補物質の探索とスピン角運動量の非保存性に関して解析を行なった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初予定していた課題は全て予定よりも早く進めることができ、期待通りの成果を得られた。加えて、昨年度は、本課題の次のステップと考えていた候補物質の探索にも着手し、CrI3を始めとしたハライド系が有力な候補物質であることを発見することができた。当初の計画を前倒しして完了し、次の研究課題と考えていたテーマにも着手することができており、当初の計画を大幅に上回る成果をあげている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究で、候補物質を探索するための基本戦略を確立することができた。今後は、より実験的に作りやすい物質における光誘起スピン流の実現可能性を明らかにするため、より大きなスピン流の整流効果を示すマグノンバンドの特徴を非線形応答理論から明らかにしていく。さらに、より複雑なマグノンバンドをもつ物質系も含めた系統的な候補物質の探索方法の確率を目指す。
他方、実際の実験で重要になる効果として、スピン角運動量の非保存性が非線形応答に与える影響を明らかにしていく。この方面の研究では、すでにこれまでの非線形応答理論を拡張して非保存性の効果を取り込んだ公式の導出に成功している。今年度は、この公式を詳細に解析し、スピン角運動量の非保存性が非線形応答に与える影響を明らかにしていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウイルスの影響で参加予定であった国内外の会議の多くがオンライン開催となり、当初予定していた旅費の支出がなかったため。２０２３年度は、昨年度までオンライン開催だった会議の多くが対面開催となることが予定されている。そのため、繰り越した旅費を用いて、これまでの研究で得た成果について発表するとともに、国内外の研究者らの意見を伺う。
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