Spatio-temporal hierarchy in light-irradiated open many-body systems
| Project/Area Number |
20K14394
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小野 淳 東北大学, 理学研究科, 助教 (40845848)
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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 |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 光物性 / 超高速現象 / スピンカイラリティ / 光電場駆動 / アト秒科学 / 強相関電子系 / 第二高調波発生 / 強誘電体 / 光駆動 / 遍歴磁性体 / スピントロニクス / 光誘起相転移 / 磁気スキルミオン / ディラック半金属 / スピン軌道トルク / 磁気光学効果 / 開放系 / フロケ理論 |
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| Outline of Research at the Start |
レーザー光源技術や時間・空間分解測定法の急速な発展により，固体物性の高速光制御に関する研究は新たな局面を迎えている。本研究では，時間的・空間的な階層性の観点から強相関多体系において光照射により誘起されるダイナミクスの理論解析を実施する。これによりナノメートル程度の微視的量子状態とサブマイクロメートル程度の半巨視的秩序状態の関係を明らかにし，物性の新たな光制御法の構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
電荷・スピン結合系や自由電子系における非平衡ダイナミクスの解析を進め，主に以下の成果が得られた。
(1)これまで，空間反転対称性を持つ三角格子上の遍歴磁性体に対して直線偏光を照射することでスピンカイラリティを持つ非共面的・非共線的磁気構造が現れることを示してきた。円偏光を照射した場合には偏光の左右に応じてスカラーカイラリティの符号が制御され，光強度に対して非摂動的(閾値的)・非単調的振る舞いを示すことが明らかになった。さらに，フロケ・グリーン関数法を適用して光照射下の各磁気秩序状態におけるエネルギーや運動量分布関数の解析を行い，フロケバンド間の混成や平衡状態とは異なる運動量分布関数が上記の振る舞いに関係していることを示唆する結果を得た。
(2)昨年度までに電子波束を光電場で駆動することでエネルギーバンド構造を反映したエコーが発生することを示し，この成果をまとめた論文がPhysical Review Research誌に掲載された。これまでは電子波束が共鳴的に光励起される場合を取り扱っていたが，近年盛んに研究が進められている高次高調波発生においては電子波束が量子トンネル効果によって非摂動的に励起されるものと考えられている。この点に注目して，トンネル励起された電子波束を光駆動した際の実時間ダイナミクスの解析を行った。相対論的ディラック粒子に関して過去の先行研究で得られていた解析的な表式をバンド絶縁体に拡張することに成功し，光電場波形を適切に最適化することでフーリエ限界に迫るサブフェムト秒パルスが固体から発生しうることを示した。
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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
上記成果は日本物理学会やアメリカ物理学会等で発表し，一部は論文投稿中である。当初から研究してきた遍歴磁性体のみならず，通常のバンド絶縁体等においても光駆動によって興味深い現象が生じることが明らかになった。これらの知見をもとにさらなる研究の進展が見込まれる。全体の計画に照らして，おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
主要な結果は得られているが，今後は学術論文の投稿・出版に向けてパラメータの探索やより高い数値精度での計算を行う。また，世界的な感染症の拡大により当初計画よりも発表や議論の機会が制限されたため，補助事業期間を延長することで成果発表の機会を確保する。
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Report
(3 results)
Research Products
(29 results)
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[Presentation] フェムト秒電子線回折によるBiFeO3/SrTiO3(111)薄膜の光誘起構造ダイナミクス測定2023
Author(s)
田久保耕, 上野俊輔, 金子水咲, 于洪武, 石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也, 小野淳, 西森亮太, 矢嶋渉, 羽田真毅, 桑原真人, 浅香透, 小澤慶太, 伊藤拓真, 重松圭, 東正樹
Organizer
日本物理学会2023年春季大会
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