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放射光X線散乱による遷移金属酸化物に対する時間分解励起スペクトルの理論

Research Project

Project/Area Number 22K03500
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

筒井 健二  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (80291011)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords時間分解共鳴非弾性X線散乱 / 反強磁性モット絶縁体 / 時間分解ラマン散乱 / 時間分解励起スペクトル / 遷移金属酸化物 / 共鳴非弾性X線散乱 / 数値的厳密対角化法
Outline of Research at the Start

ポンプ・プローブ型の時間分解可能な測定手段の発展により,これまで観測出来なかった非平衡状態のダイナミクスが解明され始めた.そして硬X線でもポンプ光やプローブ光としての利用が可能になってきており,エネルギーだけでなく運動量の情報も得られる共鳴非弾性X線散乱(RIXS)でも光励起状態の時間依存性を調べる実験が可能となってきた.本研究では,遷移金属酸化物等の強相関電子系に対するこのような時間分解励起スペクトルに着目し,その理論的予見や実験データに対する理論的解釈を行うことを目的とする.特にポンプ光照射直後の電子ダイナミクスがどのように励起スペクトルとして現れるかを示して実験研究の指針を与えていく.

Outline of Annual Research Achievements

これまでに銅酸化物高温超伝導体母物質やイリジウム酸化物等の反強磁性モット絶縁体に対する時間分解共鳴非弾性X線散乱を念頭に,二次元ハバード模型の光励起非平衡状態における電荷やスピン構造因子の時間発展を数値的厳密対角化法により求めてきた.その結果,ポンプ光照射後のスピン構造因子において,B1モードの2マグノン励起のエネルギーに対応する周波数で時間的に振動し,その振動がポンプ光の電場ベクトルに対して平行方向と垂直方向で逆位相になることを見いだしてきた.本研究ではこの逆位相の起源に対する議論を発展させた.すなわちポンプ光照射後の波動関数の対称性表現による分類し動的構造因子をそれら表現で分解して調べることで,スペクトル全体の積分強度に対してだけでなく,ピーク構造ごとでの時間変化の起源を明らかにした.特に,動的スピン構造因子の主ピークの逆位相振動に対して,ポンプ光照射前の基底状態と,正方対称性B1表現の状態の2マグノン励起態との間で実際に生じていることを理論的に示した.銅酸化物での銅K吸収端や酸素K吸収端の共鳴非弾性X線散乱や,銅L吸収端共鳴非弾性X線散乱のスピン非反転励起としては,電荷励起やd軌道間励起だけでなく2マグノン励起も観測される.この運動量変化を伴った2マグノン励起に対してポンプ光照射後のスペクトル変化を数値計算により明らかにした.これらの成果は国内外の会議で報告し,また論文によって発表した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

キャリアドープの場合等の時間分解スペクトルの計算も開始し研究目的達成に向けて順調に進展している.

Strategy for Future Research Activity

時間分解一粒子励起スペクトルの計算も行いつつ光励起状態での励起スペクトルの特徴を引き続き明らかにしていく.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Theoretical Study of the Time-Resolved Spin Excitation Spectrum in the Photoexcited Mott Insulator2023

    • Author(s)
      Tsutsui Kenji、Shinjo Kazuya、Tohyama Takami
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 38 Pages: 011159-011159

    • DOI

      10.7566/jpscp.38.011159

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 光励起したモット絶縁体の電荷・スピンダイナミクス2023

    • Author(s)
      新城 一矢, 曽田 繁利, 柚木 清司, 筒井 健二, 遠山 貴巳
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 58 Pages: 761-774

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exciton-assisted low-energy magnetic excitations in a photoexcited Mott insulator on a square lattice2023

    • Author(s)
      Tsutsui Kenji、Shinjo Kazuya、Sota Shigetoshi、Tohyama Takami
    • Journal Title

      Communications Physics

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1038/s42005-023-01158-4

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Theoretical study of magnetic excitations in a photoexcited Mott insulator on a square lattice2023

    • Author(s)
      Tsutsui Kenji, Kazuya Shinjo, Shigetoshi Sota, Takami Tohyama
    • Organizer
      RIXS/REXS workshop 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theoretical study of magnetic excitations in a photoexcited two-dimensional Mott insulator2023

    • Author(s)
      Kenji Tsutsui, Kazuya Shinjo, Shigetoshi Sota, Takami Tohyama
    • Organizer
      The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES 2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 量子ビームと計算物質科学2023

    • Author(s)
      坂井 徹, 遠山 貴巳, 筒井 健二, 中野 博生
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 隣接引力相互作用のある1次元ハバード模型の励起スペクトル2023

    • Author(s)
      筒井 健二, 遠山 貴巳
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Exciton-assisted low-energy magnetic excitations in a photoexcited Mott insulator on a square lattice2023

    • Author(s)
      Takami Tohyama, Kenji Tsutsui, Kazuya Shinjo, Shigetoshi Sota
    • Organizer
      APS March Meeting 2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 光励起された反強磁性モット絶縁体のスピンダイナミクス2023

    • Author(s)
      筒井 健二
    • Organizer
      第86回日本磁気学会 スピントロニクス専門研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 光励起されたモット絶縁体の2マグノン励起スペクトル2022

    • Author(s)
      筒井 健二, 新城 一矢, 曽田 繁利, 遠山貴巳
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] THEORETICAL STUDY OF MAGNETIC EXCITATIONS IN A PHOTOEXCITED ANTIFERROMAGNETIC MOTT INSULATOR2022

    • Author(s)
      Tsutsui Kenji
    • Organizer
      第6回QST国際シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theoretical Study of the Time-Resolved Spin Structure Factor in the Photoexcited Mott Insulator2022

    • Author(s)
      Kenji Tsutsui, Kazuya Shinjo, Takami Tohyama
    • Organizer
      The 29th International Conference on Low Temperature Physics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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