Magnon dynamics in a Skyrmion-textured domain wall of antiferromagnets

反強磁性スカーミオン構造を有する磁壁中のマグノン輸送理論

Lee, S.*; 仲田 光樹   ; Tchernyshyov, O.*; Kim, S. K.*

Lee, S.*; Nakata, Koki; Tchernyshyov, O.*; Kim, S. K.*

超対称量子力学に基づき、反強磁性スカーミオン構造を有する磁壁中のマグノンのトポロジカル量子輸送物性を明らかにする。スカーミオン型の磁気構造を有する磁壁中を伝搬するマグノンは、一種のゲージ場として作用する有効磁場を獲得する。そこで、この有効磁場中でのマグノンの反射・屈折現象を超対称量子力学に基づいて解析し、その伝搬および束縛マグノン状態を明らかにする。そして、ラウダウアー公式を用いて、磁壁のカイラリティが増加するにつれてマグノンによる熱流が減少することを明らかにする。本研究はスピンホール効果を活用した熱流の制御方法を理論的に提案する。

We theoretically investigate the interaction between magnons and a Skyrmion-textured domain wall in a two-dimensional antiferromagnet and elucidate the resultant properties of magnon transport. Using supersymmetric quantum mechanics, we solve the scattering problem of magnons on top of the domain wall and obtain the exact solutions of propagating and bound magnon modes. Then, we find their properties of reflection and refraction in the Skyrmion-textured domain wall, where magnons experience an emergent magnetic field due to its non-trivial spin texture-induced effective gauge field. Finally, we show that the thermal transport decreases as the domain wall's chirality increases. Our results suggest that the thermal transport of an antiferromagnet is tunable by modulating the Skyrmion charge density of the domain wall.