論文の概要: When can localized spins interacting with conduction electrons in ferro-
or antiferromagnets be described classically via the Landau-Lifshitz
equation: Transition from quantum many-body entangled to quantum-classical
nonequilibrium states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.10776v3
- Date: Thu, 11 Nov 2021 18:06:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-21 05:22:58.086644
- Title: When can localized spins interacting with conduction electrons in ferro-
or antiferromagnets be described classically via the Landau-Lifshitz
equation: Transition from quantum many-body entangled to quantum-classical
nonequilibrium states
- Title（参考訳）: 強磁性体中の伝導電子と相互作用する局在スピンがランダウ・リフシッツ方程式を介して古典的に記述されるとき:量子多体絡み状態から量子古典的非平衡状態への遷移
- Authors: Priyanka Mondal, Abhin Suresh, Branislav K. Nikolic
- Abstract要約: 量子古典力学はF金属の場合において完全量子力学を忠実に再現することができるが、スピン$S$の場合、局所スピンと$sd$交換の間のハイゼンベルク交換は十分小さい。
これは量子古典力学がF金属の場合において完全量子力学を忠実に再現できることを示しているが、スピン$S$の場合、局所スピンと$sd$交換の間のハイゼンベルク交換は十分小さい。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Experiments in spintronics and magnonics operate with macroscopically large
number of localized spins within ferromagnetic (F) or antiferromagnetic (AF)
materials, so that their nonequilibrium dynamics is standardly described by the
Landau-Lifshitz (LL) equation treating localized spins as classical vectors of
fixed length. However, spin is a genuine quantum degree of freedom, and even
though quantum effects become progressively less important for spin value
$S>1$, they exist for all $S < \infty$. While this has motivated exploration of
limitations/breakdown of the LL equation, by using examples of F insulators,
analogous comparison of fully quantum many-body vs. quantum (for
electrons)-classical (for localized spins) dynamics in systems where
nonequilibrium conduction electrons are present is lacking. Here we employ
quantum Heisenberg F or AF chains of $N=4$ sites, whose localized spins
interact with conduction electrons via $sd$ exchange interaction, to perform
such comparison by starting from unentangled pure (at zero temperature) or
mixed (at finite temperature) quantum state of localized spins as the initial
condition. This reveals that quantum-classical dynamics can faithfully
reproduce fully quantum dynamics in the F metallic case, but only when spin
$S$, Heisenberg exchange between localized spins and $sd$ exchange are
sufficiently small. Increasing any of these three parameters can lead to
substantial deviations, which are explained by the dynamical buildup of
entanglement between localized spins and/or between them and electrons. In the
AF metallic case, substantial deviations appear even at early times, despite
starting from unentangled N\'{e}el state, which therefore poses a challenge on
how to rigorously justify wide usage of the LL equation in phenomenological
modeling of antiferromagnetic spintronics experiments.
- Abstract（参考訳）: スピントロニクスとマグノニクスの実験は、強磁性(f)または反強磁性(af)材料内の多くの局所スピンをマクロ的に操作し、それらの非平衡ダイナミクスは固定長の古典ベクトルとして局所スピンを扱うランダウ・リフシッツ(ll)方程式によって標準的に記述される。
しかし、スピンは真の量子自由度であり、スピン値$S>1$に対して量子効果は徐々に重要度が低くなりつつも、すべての$S < \infty$に対して存在する。
これは LL 方程式の極限/破壊を探索する動機となっているが、F 絶縁体の例を用いて、非平衡伝導電子が存在する系では、完全量子多体対量子(電子)-古典的(局所スピン)ダイナミクスの類似比較が欠如している。
ここでは、局所スピンが$sd$交換相互作用を介して伝導電子と相互作用する$N=4$サイトの量子ハイゼンベルク F または AF 連鎖を用いて、非絡み合った純(零温度)または局所スピンの混合(有限温度)量子状態から初期条件としてそのような比較を行う。
これは量子古典力学がF金属の場合において完全量子力学を忠実に再現できることを示しているが、スピン$S$の場合、局所スピンと$sd$交換の間のハイゼンベルク交換は十分小さい。
これら3つのパラメータのいずれを増加させることでかなりの偏差が生じる可能性があり、これは局所スピンと電子の間の絡み合いのダイナミックな構築によって説明される。
AF金属の場合、非絡み合いのN\'{e}el状態から始まるにもかかわらず、初期の段階では実質的な偏差が現れるため、反強磁性スピントロニクス実験の現象論的モデリングにおいて、LL方程式の幅広い使用を厳密に正当化する方法が課題となる。
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