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2015 Fiscal Year Research-status Report

コヒーレントフォノン生成機構における過渡的準粒子描像の定量的検証

Research Project

Project/Area Number 15K05121
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

日野 健一  筑波大学, 数理物質系, 教授 (90228742)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsコヒーレントフォノン / 超高速電子励起 / ファノ共鳴
Outline of Annual Research Achievements

高強度超短レーザーパルスを非極性半導体であるSi結晶に照射した際、照射後数10fs程度の初期時間領域において、コヒーレントフォノン(CP)が瞬時に誘起されるに付随して、特徴的なスペクトル形状を有する量子干渉効果である過渡的なファノ共鳴が発現することが観測されている。一方、極性半導体であるGaAsにおいては、現在までのところ、ファノ共鳴は観測されていない。本年度は、ポーラロニック準粒子モデルを構築することによって、このような実験結果を統一的な観点から理解することを目指した。具体的には、Si及びGaAs結晶の系において、ファノ共鳴発現の有無およびスペクトル形状の照射パルス依存性を調べ、内在するCP生成ダイナミックスの詳細な解明を目指した。さらに、CP振動の時間シグナルに内在する初期位相を導出することにより、CP生成ダイナミックスの詳細な理解を目指す。
これにより、下記の結論が得られた。(1)Si結晶では、レーザー照射強度が大きくなるにつれて、非対称スペクトルが発現し、更に離調が負から正になるにつれて、非対称パラメータ(q値)は正から負へと反転する。一方、GaAs結晶ではスペクトルは常に対象である。(2)これは、当該モデルにおける有効電子-フォノン相互作用の時間に依存する位相変化と相関があり、準粒子の断熱状態間の非断熱結合が重要な役割を示す。(3)特に、この非断熱結合は局所時間領域においてスパイク状の特異性を示し、当該の非エルミート問題における自己直交性に起因するexceptional pointとして理解できることが分かった。
以上のように、この10年間ほど、現象論的なモデル等以外では実験結果を説明できなかったCPにおけるファノ問題を、ポーラロニック準粒子を導入することによって初めて解明することに成功した。この成果は、現在、Phys. Rev. B誌に投稿中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

理論構築および典型的な実験結果に対する数値計算との比較などを行い、学術論文投稿まで完了している。現在、この成果をもとに、より詳細な理解をするためのフォローアップ研究が遂行中である。

Strategy for Future Research Activity

ポーラロニック準粒子モデルをBiやSn等の半金属系に適用し、半導体と異なるCP振動パターンやファノ共鳴発現の有無を調べ、既存の実験結果との比較を行う。また、高密度のキャリアが瞬時に励起され量子効果が依然重要である初期時間領域から、古典的なモデルで理解可能な古典領域へとCP過程がクロスオーバーしていく様子を、フォノンのコヒーレンス度を計算しすることにより調べる。これに付随してフォノンレージングの可能性も探りたい。

Causes of Carryover

旅費および人件費が予定以上に嵩み、予定していた計算機サーバー購入費が不足することになったため、物品費を次年度に繰り越すことにした。。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度所要額と合算することにより、計算機サーバーを購入する。

  • Research Products

    (7 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Manifestation of anomalous Floquet states with longevity in dynamic fractional Stark ladder with high AC electric fields2016

    • Author(s)
      Yuya Nemoto, Fumitaka Ohno, Nobuya Maeshima, and Ken-ichi Hino
    • Journal Title

      Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures

      Volume: 83 Pages: 339-344

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.physe.2016.04.021

    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spin and Orbital Correlations of a Photoexcited State of a Two-Orbital Hubbard Model2015

    • Author(s)
      Fumihiro Imoto, Hikaru Takenaka, Nobuya Maeshima, and Ken-ichi Hino
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 84 Pages: 124751_1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.84.124705

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] コヒーレントフォノン生成量子ダイナミクスⅢ:過渡的非線形Fano共鳴のパルスレーザー依存性2016

    • Author(s)
      渡辺陽平、日野健一、長谷宗明、前島展也
    • Organizer
      日本物理学会大71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 1次元拡張イオン性ハバード模型の低エネルギー領域における光励起状態2016

    • Author(s)
      横井浩太、前島展也、日野健一
    • Organizer
      日本物理学会大71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Quantum Generation Dynamics of Coherent Phonon in Semiconductors: Transient and Nonlinear Fano Resonance2016

    • Author(s)
      Y. Watanabe, K. Hino, M. Hase, and N. Maeshima
    • Organizer
      APS March Meeting
    • Place of Presentation
      Baltimore, MD, USA
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コヒーレントフォノン生成量子ダイナミクスII:過渡的な非線形Fano共鳴効果の解析2015

    • Author(s)
      渡辺陽平、日野健一、長谷宗明、前島展也
    • Organizer
      日本物理学2015年度秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] コヒーレントフォノン生成量子ダイナミクスI:過渡的準粒子描像に基づく理論構築2015

    • Author(s)
      日野健一、渡辺陽平、長谷宗明、前島展也
    • Organizer
      日本物理学2015年度秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19

URL: 

Published: 2017-01-06  

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