「拡張スピン流」の輸送特性とそれに起因する多極子のダイナミクス

“扩展自旋流”的输运特性及其引起的多极动力学

基本信息

批准号：
21K14526
负责人：
山口皓史
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research (2022)Kyoto University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

令和4年度においては、前年度から引き続き研究してきた磁性体を用いた素子におけるリザバー・コンピューティングについて結果をまとめること、および非線形輸送現象の研究に必要な微視的な定式化を行った。磁化を動かすことができる磁性層（自由層）を複数有する素子において、前年度までの研究によってリザバー・コンピューティングにおける計算能力が向上し得ることを見出していた。当該年度においては、磁化のダイナミクスと計算能力の関係について詳細に調べた。従来、計算能力がカオスの付近（縁）で向上すると言われていたことから、本研究に用いた素子においてもカオスが生じるかを調べた。その結果、複数の自由層を有する系においてカオスが出現することがわかった。一方、最近ではecho state propertyと呼ばれる性質を持つダイナミクスの付近で計算能力が向上することが本質的であると指摘されている。そこで本研究の素子において調べると、実際にecho state propertyの縁で計算能力が向上していることがわかった。これらの結果は論文として発表済みである。また、非線形輸送現象についての研究で進展があった。一般に物理量は線形応答のみでなく非線形な応答をすることから、非線形応答について微視的な定式化が必要不可欠である。しかし、従来は半古典的理論によるものが多く、特に温度勾配に対する非線形応答を微視的に定式化したものはほとんどなかった。そこで本研究では、温度勾配を微視的に取り扱う方法を非線形応答に適用できるように拡張した。また、電場と温度勾配を互いに垂直に印加した場合に、その両者に直交する方向へ電流が流れる非線形Hall効果を微視的に定式化し、半古典的解析では見落とされていた寄与があることを見出した。この寄与はある系では主要となることを見つけ、さらに具体的なカイラル結晶のモデルでこの非線形Hall効果が生じることを示した。

2020年度，我们总结了去年继续研究的使用磁性材料的装置中的储层计算的成果，并开发了非线性输运现象研究所需的微观公式。通过截至前一年的研究，研究人员发现，在具有多个可移动磁化强度的磁性层（自由层）的设备中，可以提高储层计算的计算能力。今年，我们详细研究了磁化动力学与计算能力之间的关系。由于传统上认为计算性能在混沌附近（边缘）会得到改善，因此我们研究了本研究中使用的元素中是否也出现了混沌。结果发现，具有多个自由层的系统会出现混沌。另一方面，最近有人指出，必须提高具有称为回声状态属性的属性的动力学的计算能力。当我们研究本研究中使用的设备时，我们发现由于回声状态特性，计算性能实际上得到了提高。这些结果已作为论文发表。非线性输运现象的研究也取得了进展。一般而言，物理量不仅具有线性响应，还具有非线性响应，因此非线性响应的微观表述至关重要。然而，大多数传统理论都是基于半经典理论，并且很少有温度梯度非线性响应的微观公式。因此，在本研究中，我们扩展了微观处理温度梯度的方法，使其可以应用于非线性响应。我们还微观地表述了非线性霍尔效应，即当电场和温度梯度彼此垂直施加时，电流沿垂直于两者的方向流动，并发现存在半经典分析中被忽视的贡献。我找到了。我们发现这种贡献在某些系统中占主导地位，并进一步表明这种非线性霍尔效应发生在手性晶体的特定模型中。