ディラック半金属とワイル半金属における内因性スピンネルンスト効果

Intrinsic spin Nernst effect in Dirac and Weyl semimetals

松下 太樹*; 小沢 耀弘*; 荒木 康史   ; 藤本 純治*; 佐藤 昌利*

Matsushita, Taiki*; Ozawa, Akihiro*; Araki, Yasufumi; Fujimoto, Junji*; Sato, Masatoshi*

スピンカロリトロニクスは排熱によるスピンの制御を目的とする研究分野である。スピンゼーベック効果(温度勾配に沿った方向のスピン伝導)とスピンネルンスト効果(温度勾配に垂直な方向のスピン伝導)は、当該研究分野における中心的な現象であり、温度勾配によるスピン流の生成を可能にする。そのため、スピンゼーベック効果は様々な系で研究されてきた。一方で、スピンネルンスト効果は微視的理論が長らく不在であり、その理論研究は乏しかった。また、大きなスピンネルンスト効果を実現する条件は整理されておらず、効率的な熱流-スピン流変換の指針の提案が望まれている。最近、スピンネルンスト効果の微視的理論が提案された。この微視的理論は、ラッティンジャーの重力理論に依拠しており、低温極限でスピン流が非物理的な発散をせず、スピン流のモットの関係式を満たすなど望ましい性質を持つ。さらに、スピンネルンスト効果の内因性機構がスピンベリー曲率と呼ばれる幾何学的量により記述されることも明らかとなった。スピンベリー曲率は、ディラック点やワイル点の周りで発散的に増大する。そのため、ディラック半金属やワイル半金属の幾何学的性質が、大きなスピンネルンスト効果を実現する可能性がある。本発表においては、ディラック半金属と磁性ワイル半金属における内因性スピンネルンスト効果の理論研究の成果を報告する。はじめに、内因性スピンネルンスト効果の公式を示し、強いスピンネルンスト効果が得られる条件を整理する。その後、ディラック半金属と磁性ワイル半金属におけるスピンネルンスト効果について、点ノードのエネルギーに対する依存性を議論し、これらのトポロジカル物質の幾何学的性質が大きなスピンネルンスト効果を実現し、効率的な熱流-スピン流変換に利用できることを示す。

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