磁性体における新規輸送現象 ―対称性とトポロジーの観点から―

磁性材料中的新颖输运现象 - 从对称性和拓扑的角度 -

基本信息

批准号：
20K14411
负责人：
赤城裕
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14411/
关键词：
スピン液晶スピンネマティック相磁気四重極子ダイナミクス磁性体輸送現象物性理論スキルミオンスピンNernst効果非線形応答ベリー曲率双極子分数スキルミオントポロジカル相トポロジカル不変量指数定理

项目摘要

量子磁性体の古典的極限を考えるとき、個々のスピンをO(3)ベクトルと考えるのが通例であり、スピン1/2の磁性体における通常の磁気秩序に対して、半古典的なレベルで驚くほどうまく記述できる。しかし、S>1/2のような磁性体は「より古典的」であると考えられるにもかかわらず、O(3)ベクトルではその特性の多くを説明することはできない。特に、磁性絶縁体、冷却原子系等において実現の可能性が示唆されている単一サイトで磁気四重極子を持つ状態を記述することはできない。これらの問題に対しては、古典的な極限を別の形でとらえる必要があり、そのために新しいツールが必要である。そこで我々は、S=1量子磁性体の半古典的特性を正しく記述する新しい方法を確立した。この新しい方法を、三角格子上のS=1 bilinear biquadratic模型の磁気四重極子状態(スピンネマティック状態、スピン液晶状態)に適用し、解析的に求められる古典的低温展開やflavor wave理論と、古典的モンテカルロ法や分子動力学シミュレーションなどの数値計算との比較を通じ、その妥当性を確かめた。そして、本手法の大きな成果として、半古典分子動力学シミュレーションによる動的構造因子に補正項ω/Tを加えT→0の極限を取ることで、T=0のflavor wave理論による量子論の結果を再現できることを明らかにした。また、実験との関連性を考慮し、本手法が(様々な)異方性を持つ模型にも適用できることを確かめた。この手法は、任意のスピンの長さの量子磁性体へ拡張することも可能である。本年度は他にも、一般化Dzyaloshinskii-Moriya相互作用を含んだスピン1の強磁性体の模型においてスピン液晶スキルミオン結晶やスピン液晶メロン結晶が現れることも明らかにした。上記の手法はこの模型にも適用可能であり、新規物性、新規輸送現象が期待される。

在考虑量子磁铁的经典极限时，通常将单个旋转视为O（3）向量，可以在Spin-1/2磁体中的正常磁序中在半经典级别上很好地描述它。但是，尽管诸如S> 1/2之类的磁性材料被认为是“更经典的”，但O（3）向量无法解释其许多特性。特别是，不可能在一个站点上描述具有磁性四极的状态，在一个地点，在磁绝缘体，冷却原子系统等中提出了实现的可能性。对于这些问题，需要以不同的方式捕获经典限制，并且需要新的工具才能这样做。因此，我们已经建立了一种新方法来正确描述S = 1量子磁体的半经典特性。这种新方法应用于三角形晶格上的S = 1双线性双线性双线性模型的磁性四极状态（旋转液晶状态），并通过比较分析所需的经典低温波扩展和诸如经典千层型动态的经典型千层型和分类动态的数值计算来验证其有效性。作为这种方法的主要结果，我们揭示了通过将校正项ω/t添加到半经典分子动力学模拟的动态结构因子中，可以再现基于t = 0的口味波理论的量子理论的结果。此外，考虑到与实验的关系，可以证实该方法可以应用于具有（各种）各向异性的模型。该方法也可以扩展到任何自旋长度的量子磁铁。今年，还揭示了自旋液晶晶体晶体和自旋液晶瓜晶体出现在旋转1个含有广义dzyaloshinskii-moriya相互作用的旋转模型中。上述方法也适用于该模型，预计新的物理特性和新的运输现象。