| Project/Area Number |
20K03811
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
辻 直人 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90647752)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 非平衡 / 時間結晶 / 超伝導 / 光物性 / レーザー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、固体中で時間結晶という新しい物質のかたちを実現することで、レーザー周波数を整数分の一倍に下方変調する新技術を理論提案する。時間結晶とは、時間に周期的な外場を加えたときに自発的に時間の(離散)並進対称性が破れて外場の周期の整数倍(周波数は整数分の一倍)で振動する状態のことである。非対称な電場波形を持つパルスレーザーをトレインにして繰り返し固体に照射することで、時間結晶の状態を固体で実現する原理の確立を目指す。この新原理を非平衡動的平均場理論をもとに実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、固体中での時間結晶の実現、およびそれを用いたレーザー周波数の下方変換技術の開発に向けて解析を行なった。解析の対象としては、不純物を含んだ2次元正方格子上の超伝導体にレーザー光が照射されているモデルを扱った。電子間に働く有効引力相互作用は平均場近似を用いて、不純物散乱は自己無撞着ボルン近似を用いることで時間発展を計算した。レーザーの周波数が超伝導ギャップに対応する周波数より大きい場合に、入射したレーザーの周波数とは異なる周波数で振動する電流成分が発生することがわかった。特に入射光の周波数から超伝導ギャップの分だけ下がった周波数の成分が含まれることが明らかになった。これはレーザー光によって誘起された超伝導ヒッグスモードと入射光が干渉することで現れる誘導ラマン散乱と解釈することができる。関連するテーマとして、レーザー光によって駆動された超伝導体において現れるフロッケ多体状態を解析した。方法としては、BCS理論をフロッケ・ケルディッシュ形式に拡張したものを用いた。その結果、一粒子スペクトルにフロッケサイドバンドや超伝導ギャップとは別のギャップ構造が現れることがわかった。また、電場の周波数が大きい場合に電場駆動によって常伝導相から超伝導相に転移する場合があることが見出された。その他、多バンド超伝導体に現れる光活性なレゲットモードを群論によって分類する理論の構築や、多層超伝導体における集団励起モードの解析などを行った。
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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
固体の中でも超伝導体に注目し、入射光の周波数よりも低い周波数で振動する成分が現れることがわかったのは、レーザー周波数の下方変換技術の開発に向けて一定の成果が得られたと言える。また、光駆動された超伝導体を扱うために、BCS理論をフロッケ・ケルディッシュ形式に拡張した方法論を構築できたことで、秩序相が示す様々な光応答や高次高調波を研究する基礎が作られたのも一つの進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては、以下のように考えている。振動電場によって駆動されたハバード模型に対して平均場理論を超えたダイナミクスの解析がまだ研究途上のため、引き続き解析を進める。非平衡動的平均場理論に反復摂動論や非交差近似を用いた不純物ソルバーを使うことで、時間発展の計算を進める。さらに、下方変換された周波数を含む光が自然放出される過程を記述するため、これまで量子多体系において解析が困難であった共鳴ラマン過程を含む新しいラマン散乱の解析方法を構築する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(32 results)
