Magnonic Casimir effect in ferrimagnets

マグノン量子場によるフェリ磁性体中のカシミア効果

仲田 光樹   ; 鈴木 渓   

Nakata, Koki; Suzuki, Kei

量子場の真空ゆらぎによって創発されるカシミア効果は、古典力学には対応物が存在しないという意味において真に量子力学的な効果である。しかし、カシミア効果はこれまでフォトン(光子)を舞台に研究されており、磁性体中でのカシミア効果、特にそのカシミアエネルギーの膜厚依存性については十分な理解は得られていない。そこで本研究では格子場の理論の観点から、磁性絶縁体中のスピン波を量子化したマグノンに着目し、マグノン量子場により創発されるカシミア効果「マグノン・カシミア効果」及びその膜厚依存性を明らかにする。更に反強磁性絶縁体だけでなくフェリ磁性絶縁体(例:YIG)においてもマグノン・カシミア効果が創発することを示し、スピントロニクス分野で中心的な役割を担うYIGが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分野にとっても絶好の舞台であることを明らかにする。本研究は、マグノン・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。

Quantum fluctuations of quantum fields induce a zero-point energy shift under spatial boundary conditions. This quantum phenomenon, called the Casimir effect, has been attracting much attention beyond the hierarchy of energy scales, whereas its application to spintronics has not yet been investigated enough, particularly to ferrimagnetic thin films. Here we fill this gap. Using the lattice field theory, we investigate the Casimir effect induced by quantum fields for magnons and find that the magnonic Casimir effect can arise not only in antiferromagnets but also in ferrimagnets (e.g., YIG). Thus, we pave the way for magnonic Casimir engineering.