Theoretical investigation of heat engines based on hybrid quantum systems of magnons and phonons

基于磁子和声子混合量子系统的热机理论研究

• 批准号: 19K14642
• 负责人: 佐藤 浩司
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K14642/
• 关键词: スピントロニクス; マグノン; フォノン; 熱機関

磁性絶縁体中で磁気弾性結合によりマグノンとフォノンが混成して形成されるマグノンポーラロン状態について考察した。この系では、マグノンポーラロンモードのエネルギーとマグノン・フォノンの混成度合いを外部磁場により制御できる。また、強磁性共鳴などにより、マグノンとフォノンに温度差をつけることができる状況を想定した。混成状態においてマグノンまたはフォノンが支配的なマグノンポーラロン状態を外部磁場の制御により行き来する断熱過程と、熱化によりフォノンとマグノンの粒子数を変化させる過程から、熱機関サイクルを実現するシンプルなモデルを構築した。マグノンとフォノンの周波数、温度、結合定数、磁場などをパラメーターにとり、また理想的な断熱・等積などの熱過程を仮定し、モデルの熱機関の仕事と熱を解析的に求め、熱機関効率やヒートポンプの成績係数を計算した。このモデルの解析が進んだことにより本研究の土台が構築された。

考虑通过磁弹性耦合在磁绝缘子中杂交磁子和声子形成的木颗极态。在此系统中，可以通过外部磁场控制木千极模式和镁音波的杂交程度。此外，假定由于铁磁共振等，可以创建磁子和声子之间的温度差。一个实现热发动机周期的简单模型是根据热绝缘过程构建的，在该过程中，通过控制外部磁场来实现镁质极性状态（由镁或声子占主导地位），以及声音和镁质的颗粒数量通过热量产生更改的过程。将参数视为参数，包括磁通和声子的频率，温度，耦合常数以及磁场，并假定了理想的热过程，例如绝缘和产品，并且分析了模型热发动机的工作和热量，并计算了热泵的热发动机的效率，并计算了热泵的效率。分析该模型的进步为这项研究奠定了基础。