準結晶系における高次高調波発生と光誘起ダイナミクスの理論研究

• Project Area: Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
• Project/Area Number: 20H05265
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 村上 雄太 東京工業大学, 理学院, 助教 (70845289)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 準結晶 / 光学応答 / 励起子絶縁相 / 非平衡物性 / 準周期系 / 高次高調波発生

Outline of Research at the Start

準結晶物質とは、通常結晶の物質と違い周期構造は持っていないが、ある種の規則性と対称性を持った物質である。その特異な結晶構造の為に様々な興味深い現象が報告されているが、従来の研究では主に静的な物理量によってその性質が特徴付けられて来た。本研究では、準結晶系における高次高調波発生と超伝導の光誘起ダイナミクスを理論的に研究し、準結晶系における非平衡物性という新しい方向性を展開する。

Outline of Annual Research Achievements

準結晶の特異な空間構造を反映する動的現象に関する研究を理論的行った。特に、i)ペンローズ格子上の励起子秩序の光誘起ダイナミクス、ii)フィボナッチ格子上の光学応答の計算、を行った。

i)では、ペンローズ格子上の励起子秩序を光励起すると、空間平均だけ見るのであればBCSとBEC領域において通常の結晶と同様の振る舞いが見られることが明らかになった。通常結晶をもちいた先行研究ではBCSとBEC領域のダイナミクスの違いを波数空間で議論していたが、今回の結果は波数空間を超えた理由があることを意味している。また、準結晶に由来する特異なダイナミクスは秩序パラメータや電荷分布の空間構造に強く現れることも明らかにした。その際、補空間空間を用いた解析が有効であることもあきらかにした。

ii)では、久保公式を用いてフィボナッチ格子上の光学応答を評価した。この結果、光学応答に自己相似的な構造が現れることを明らかにした。これは、状態密度の自己相似構造はこれまで知られていたが、今回の結果では、電流の行列要素に関しても自己相似構造があり、これら二つの協力により光学応答の自己相似性が生じることがわかった。このような動的な性質においても準結晶系に特徴的な自己相似性が現れるとことがわかった点は顕著である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Firbourg 大学(スイス)
• [Int'l Joint Research] Columbia 大学(米国)
• [Int'l Joint Research] Columbia大学(米国)
• [Int'l Joint Research] Fribourg大学(スイス)
• [Journal Article] Thermally enhanced Majorana-mediated spin transport in the Kitaev model (2022)
  • Author(s): Taguchi Hirokazu、Murakami Yuta、Koga Akihisa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 12 Pages: 125137-125137
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.125137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced dynamics of a quasicrystalline excitonic insulator (2022)
  • Author(s): Inayoshi Ken、Murakami Yuta、Koga Akihisa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 10 Pages: 104307-104307
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.104307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploring nonequilibrium phases of photo-doped Mott insulators with generalized Gibbs ensembles (2022)
  • Author(s): Murakami Yuta、Takayoshi Shintaro、Kaneko Tatsuya、Sun Zhiyuan、Gole? Denis、Millis Andrew J.、Werner Philipp
  • Journal Title: Communications Physics Volume: 5 Issue: 1 Pages: 23-23
  • DOI: 10.1038/s42005-021-00799-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Light-induced hidden odd-frequency order in a model for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>60</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> (2021)
  • Author(s): Werner Philipp、Murakami Yuta
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 104 Issue: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.l201101
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of Majorana fermions in spin transport of anisotropic Kitaev model (2021)
  • Author(s): Taguchi Hirokazu、Murakami Yuta、Koga Akihisa、Nasu Joji
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 104 Issue: 12 Pages: 125139-125139
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.125139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bulk Photovoltaic Effect Driven by Collective Excitations in a Correlated Insulator (2021)
  • Author(s): Kaneko Tatsuya、Sun Zhiyuan、Murakami Yuta、Gole? Denis、Millis Andrew J.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 127 Issue: 12 Pages: 127402-127402
  • DOI: 10.1103/physrevlett.127.127402
• [Journal Article] High-harmonic generation in one-dimensional Mott insulator (2021)
  • Author(s): Y. Murakami, S. Takayoshi, A. Koga, and P. Werner
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 103 Issue: 3 Pages: 0351101-14
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.035110
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Excitonic condensation reflecting electronic states in two-band Penrose-Hubbard model (2020)
  • Author(s): K. Inayoshi, Y. Murakami, and A. Koga
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 89 Issue: 6 Pages: 0640021-8
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.064002
  • NAID: 40022254127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-harmonic generation in spin-orbit coupled systems (2020)
  • Author(s): Lysne Markus、Murakami Yuta、Schuler Michael、Werner Philipp
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 8 Pages: 081121-081121
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.081121
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nonthermal excitonic condensation near a spin-state transition (2020)
  • Author(s): Werner Philipp、Murakami Yuta
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 24 Pages: 241103-241103
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.241103
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nonlinear Spectroscopy of Collective Modes in an Excitonic Insulator (2020)
  • Author(s): Golez Denis、Sun Zhiyuan、Murakami Yuta、Georges Antoine、Millis Andrew J.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Issue: 25 Pages: 257601-257601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.257601
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] A3C60系における光誘起奇周波軌道秩序相 (2022)
  • Author(s): 村上 雄太
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Mott絶縁体における緩和ボトルネックが誘起する非平衡秩序相 (2021)
  • Author(s): 村上 雄太
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 一次元Mott絶縁体からの高次高調波発生：ダブロン・ホロン に対する３ステップ模型とスピンダイナミクスの効果 (2021)
  • Author(s): 村上 雄太
  • Organizer: 日本物理学会2021春
• [Presentation] Spin状態転移近傍における励起子凝縮の非平衡理論 (2020)
  • Author(s): 村上 雄太
  • Organizer: 日本物理学会2020秋
• [Presentation] 非平衡グリーン関数法とその応用： 励起子相の非平衡誘起 (2020)
  • Author(s): 村上 雄太
  • Organizer: FQCS2020
  • Invited