| Project/Area Number |
19K03696
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022-2023)
Tokyo Institute of Technology (2019-2021) |
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Principal Investigator |
萱沼 洋輔 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 客員研究員 (80124569)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 量子経路干渉効果 / 2連パルス制御 / コヒーレントフォノン / 超高速分光 / Berry位相 / スピン透過 / 強磁性ドメイン壁 / 非エルミートハミルトニアン / Volterra型積分方程式法 / 動的局在 / 偏光相関分光法 / 強光電場効果 / Volterra積分方程式 / 強レーザー駆動 / 量子経路干渉 / 強光子場駆動 |
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| Outline of Research at the Start |
強光子場パルスで励起され駆動された電子系のダイナミクスと、電子励起状態における様々な量子経路干渉効果の本質を理論的に明らかにする。その際の計算手法としては、本研究者が提案している時間依存シュレーディンガー方程式をVolterra型の積分方程式に書き直して解く方法を用いる。この方法では、基底状態を含む少数の離散状態のみを含む連立方程式の数値処理に問題を簡単化できる。具体的な問題としては２連パルスポンプによる誘導ラマン散乱、閾値以下の光子場によるイオン化と分子内の分布反転、固体における短パルス励起による高次高調波発生のメカニズム解明などを扱う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
故外村彰博士による「単一電子の2重スリット透過における干渉縞発現」の実験によって端的に示された物質状態の重ね合わせと経路間の干渉効果は、量子力学の奇妙さを示す現実である。本研究課題では、（１）この原理に深くかかわる実験の解析と、（２）新たな実験的研究の提案を中心に研究を進めてきた。
テーマ（１）では、東京工業大学フロンティア材料研究所の実験グループで行われているGaAs結晶における光パルス励起によるコヒーレントフォノン生成機構の解明に理論面から関わっており、深い理解に至っている。2連パルス励起によるLOコヒーレントフォノン生成強度のスペクトル形状解析から、電子励起状態のコヒーレンス時間の定量的測定が可能であることに気づき、今年度に論文発表を行った。さらに、強いポンプパルスによって伝導帯に励起された自由電子が擬粒子プラズモンを形成し、LOフォノンがこれと混成して混成モードが生成される。裸のLOフォノンと、LOフォノン-プラズモン混成モードとが共存して観測される理由は謎であったが、そのきれいな解答を見出した。これは現在論文投稿準備中である。
テーマ（２）は、大阪公立大学の物理研究科の理論グループとの共同研究である。スピンを持った単一電子の回転磁場中の透過確率の問題を扱った。スピンに働く局在磁場として逆向きに磁化した磁気ドメイン間をつなぐドメイン壁を用いることを提案した。ドメイン壁中の磁気モーメントの回転方向が逆回転であるような二つの経路を微細加工により作ることができれば、スピン透過確率の測定からBerryの位相の効果を観測できることを予言した（論文発表済み）。現在、さらにその発展形を考案し、理論的計算を実行中である。その一部は学会講演として講演済みである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は、（１）現在進行中のコヒーレントフォノンに関わる超高速ポンププローブ実験の理論的解析と、（２）スピンを持った単一電子のリング状経路をトンネル透過する際のBerry位相効果に関する理論研究との二本立てとなっている。
（１）では、実験的研究と理論的研究とがうまく噛みあい、次々に新局面を明らかにしてきている。ここにきて、フォノンのみならずプラズモンという素励起の役割が重要になり、GaAs結晶のパルス励起による動的過程の全体像が明らかになりつつある。今年度中には研究に一区切りがつくのではないかと思われる。
（２）では、まだ純粋な理論研究の域を出ていないが、スピントロニクスの進展により、理論的提案が実現されることを期待している。
本研究課題の遂行中にコロナ禍に襲われ、自由な移動（国内国外双方）が損なわれる状態が続いた。このために多少の進捗状況の遅れが生じた。これはZoom会議などで乗り切ったが、研究期間の延長をお認めいただき感謝している。
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| Strategy for Future Research Activity |
残り一年の研究期間延長を頂いたので、それを利用して研究打ち合わせと成果発表のために積極的に活動したいと考えている。
研究内容そのものについては、本研究課題の大きな二つのテーマに関して、かなり大きな発展がありうると期待している。
（1）の超高速分光実験に関しては、2023年度に大きな展開があった。固体中のコヒーレントフォノンの研究は、歴史のある研究分野であって、多くの研究者がそれに携わってきた。東京工業大学の実験グループと本研究者のジョイント研究では、それに誰も気づいていなかった全く新しい局面を開く可能性がある。今年度はそれに注力しなければならないと考えている。
（２）のスピンとBerry位相の関係したテーマも、様々な展開と理論的研究課題が残されている。こちらは大阪公立大学物理研究科のグループとのジョイント研究で、さらに内容を深めていくとともに、取りまとめと研究発表にも努めていく予定である。
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