論文の概要: Boltzmann transport theory of magnon-exciton drag
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.05835v2
- Date: Mon, 08 Dec 2025 10:44:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 15:54:52.387811
- Title: Boltzmann transport theory of magnon-exciton drag
- Title（参考訳）: マグノンエキシトンドラッグのボルツマン輸送理論
- Authors: Zakhar A. Iakovlev, Akashdeep Kamra, Mikhail M. Glazov,
- Abstract要約: 反強磁性半導体CrSBrの2層膜におけるマグノン・エキシトンドラッグ効果の顕微鏡理論を開発した。
効果的なエクシトンとマグノンのカップリングは、軌道機構から生じる:マグノンは層磁化を傾ける。
我々は、マグノンが効率的に励起子を引きずり、その結果、大きくほぼ等方的な励起子伝播をもたらすことを示した。
- 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: We develop a microscopic theory of magnon-exciton drag effect in a bilayer van der Waals antiferromagnetic semiconductor CrSBr. Effective exciton-magnon coupling arises from an orbital mechanism: Magnons tilt the layer magnetizations, enabling charge carrier tunneling that mixes intra- and interlayer excitons and thereby modulate the exciton energy. We derive the effective Hamiltonian of exciton-magnon coupling, based on our calculation of the magnon spectrum taking into account short-range exchange interaction between Cr-ion spins, single-ion anisotropy, and long-range dipole-dipole interactions. The latter produces a negative group velocity of magnons at small wavevectors. We show that despite rather small renormalization of exciton's energy and effective mass by the exciton-magnon interaction, the three key two-magnon processes: exciton-magnon scattering, two-magnon absorption by exciton, and two-magnon emission are highly efficient. By solving the Boltzmann kinetic equation, we evaluate short exciton-magnon scattering time which is in the sub-ps range and strongly decreases with the increase of magnon population. Hence, exciton-magnon scattering is likely to be dominant over other scattering processes related to the exciton-phonon and exciton-disorder interactions. We demonstrate that magnons can efficiently drag excitons, resulting in a large and nearly isotropic exciton propagation that can significantly exceed the intrinsic anisotropic diffusion. Our results provide a theoretical basis for recent observations of anomalous exciton transport in CrSBr [F. Dirnberger, et al., Nat. Nano. (2025)] and establish magnon-exciton drag as a powerful mechanism for controlling exciton propagation in magnetic systems.
- Abstract（参考訳）: 反強磁性半導体CrSBrの2層膜におけるマグノン・エキシトンドラッグ効果の顕微鏡理論を開発した。
マグノンは層磁化を傾け、層内と層間エキシトンを混合する電荷キャリアトンネルを可能にし、エキシトンエネルギーを変調する。
我々は、Cr-イオンスピン間の短距離交換相互作用、単一イオン異方性、長距離双極子-双極子相互作用を考慮したマグノンスペクトルの計算に基づいて、エキシトン-マグノンカップリングの有効ハミルトニアンを導出した。
後者は小さな波動ベクトルにおけるマグノンの負の群速度を生成する。
エクシトン-マグノン相互作用によるエクシトンエネルギーと有効質量のかなり小さな再正規化にもかかわらず、エクシトン-マグノン散乱、エクシトンによる2つのマグノン吸収、および2つのマグノン放出という3つの主要な2つのマグノン過程が極めて効率的であることを示す。
ボルツマン運動方程式の解法により, サブps領域に分布する短励起子-マグノン散乱時間を評価し, マグノンの個体数の増加とともに強く減少する。
したがって、励起子-マグノン散乱は、励起子-フォノンおよび励起子-秩序相互作用に関連する他の散乱過程よりも支配的である可能性が高い。
マグノンは励起子を効率的に引きずり出すことができ、その結果、内在性異方性拡散を大きく超える大きなほぼ等方性励起子伝播が生じることを示した。
この結果はCrSBr(F. Dirnberger, et al , Nat. Nano. (2025))における異常励起子輸送の最近の観測の理論的基盤を提供し、磁気系における励起子伝播を制御する強力なメカニズムとしてマグノン励起子ドラッグを確立する。
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