Quantum theory on the magnonic Wiedemann-Franz law

波波子维德曼-弗朗茨定律的量子理论

基本信息

批准号：
22K03519
负责人：
仲田光樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題の目的は、スピン波を量子化したマグノンに宿る量子物性を解明し、従来の古典的スピントロニクスを量子スピントロニクスに昇華させることである。本年度は、マグノンの熱磁気物性である「マグノンWiedemann-Franz則」だけでなく、その量子物性である「マグノン・カシミア効果」に着目して研究を行った。そして特に次の2つの研究実績を得た。研究実績1) マグノンWiedemann-Franz則 [K. Nakata et al., PRB (2015)]を非線形応答領域へ拡張することに成功した。特に、線形応答領域で確立されたマグノンWiedemann-Franz則が非線形応答領域において破れることを解明した。この研究成果を、Phys. Rev. B誌から出版した。研究実績2) マグノン量子場の量子真空ゆらぎによる量子効果「マグノン・カシミア効果」を理論的に解明した。有限体積中の量子場の真空ゆらぎによって生じるカシミア効果は、古典力学には対応物が存在しないという意味において量子効果といえる。これまでカシミア効果は主に光子系を舞台に研究されてきたが、量子場の理論の観点から鑑みると、カシミア効果に類似の量子現象は、ゼロ点エネルギーを伴う他の量子場によっても創出されることが期待できる。そこで本研究では、反強磁性体だけでなくフェリ磁性体中のスピン波を量子化したマグノンの量子場に着目し、マグノン量子場の量子真空ゆらぎによる量子効果「マグノン・カシミア効果」を理論的に解明した。特に、酸化クロム(III)とYIGの薄膜に着目し、各々のマグノン・カシミア効果の性質を明らかにした。本研究の成果は、カシミア効果の工学的応用を目指す「カシミアエンジニアリング」の基礎学理の構築に大きく貢献することが期待される。この研究成果を、Phys. Rev. Lett.誌から出版した。

该研究项目的目的是阐明磁振子（量子自旋波）的量子物理性质，并将传统的经典自旋电子学提升为量子自旋电子学。今年，我们的研究重点不仅是磁振子的热磁特性，即“磁振子维德曼-弗朗茨定律”，而且还关注其量子物理特性，即“磁振子-羊绒效应”。特别是，我们获得了以下两项研究成果。研究成果 1) 我们成功地将磁振子 Wiedemann-Franz 定律 [K. Nakata et al., PRB (2015)] 扩展到非线性响应域。特别是，我们发现在线性响应区域建立的磁振子-维德曼-弗朗茨定律在非线性响应区域被打破。这项研究的结果发表在《Phys Rev. B》杂志上。研究成果2）从理论上阐明了磁振子量子场中由于量子真空涨落而产生的量子效应“磁振子绒效应”。克什米尔效应是由有限体积内量子场的真空涨落引起的，可以称为量子效应，因为它在经典力学中没有对应物。到目前为止，喀什米尔效应主要在光子系统中进行研究，但从量子场论的角度来看，类似喀什米尔效应的量子现象也可以由其他零点能量的量子场产生，这是我们可以预见的。因此，在本研究中，我们重点关注亚铁磁体和反铁磁体中量子化自旋波的磁振子量子场，并从理论上研究了磁振子量子场的量子真空涨落引起的量子效应“磁振子-羊绒效应”。。我们特别关注了氧化铬（III）和 YIG 薄膜，并阐明了每种薄膜中磁振子羊绒效应的本质。这项研究成果有望极大地有助于建立“羊绒工程”的基本原理，旨在将羊绒效应应用于工程中。这项研究的结果发表在《Phys Rev. Lett》杂志上。