2018 Fiscal Year Research-status Report
光をツールとする固体電子および電子・フォノン結合系の量子駆動理論
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16K05396
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
萱沼 洋輔 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 研究員 (80124569)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コヒーレント制御 / 量子経路干渉 / ２連パルス励起 / 動的局在 / 量子ゼノン効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
連携研究者（中村一隆）の研究室において行われているGaAsおよびdiamond単結晶における２連パルス励起法によるコヒーレントフォノン生成に関する実験データ解析と理論構築を中心に研究を行った。とくにGaAsでは本研究者（萱沼）の提案した電子・フォノン相互作用に基づく密度行列理論による摂動計算により、不透明域励起であるにも関わらず、コヒーレントフォノン生成に関わっているのは、瞬間的吸収過程ではなく誘導ラマン過程であることが明らかになっている。これは電子干渉のフリンジとフォノン干渉のフリンジとの絡み合いのパターンから結論された。この意外な発見は、国際会議などで公表済みであり、現在論文投稿中である。
摂動計算から得られた干渉フリンジ形状と実験データをさらに詳しく比較すると、遅延時間０の近傍の干渉縞強度が実験では摂動理論値よりかなり小さい。これは２連パルスの光の干渉により、ラマン散乱の飽和が起きているためと考えられる。これを調べるために、Volterraの積分方程式を用いて任意の光強度で摂動計算を超えて応答を計算する手法を考案した。この結果から、ラマン過程の飽和現象が起きていることを定量的に明らかにした（論文準備中）。
これらの研究の過程で、強いパルス光子場中における電子励起と駆動を取り扱う新しい理論的手法(Volterra積分方程式法）にたどり着いた。この手法を量子経路干渉の顕著な例である「動的局在と量子ゼノン効果」、「閾値以下トンネルイオン化」「高次高調波発生」などの動的諸問題に適用し、その有効性を確認した。現在、その一部を物理学会発表済みである。
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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
「２連パルス励起によるコヒーレントフォノン生成過程の解明」については、過渡反射率の特徴を理論的に解析することで、従来の常識を破る決定的な結論が得られており、現在、論文投稿中である。この理論は光と電子の相互作用に関しては、最低次の摂動計算に基づく。
この成果を踏まえてさらに詳しく実験データを検討する過程で、ポンプ光強度が、すでに摂動計算の範囲を超えているのではないかと思われる特徴に気づいた。そこでポンプ光強度に関して制限を置かない計算を進める計画を立て、新たな理論の構築を行った。この理論を用いて、GaAs結晶における２連パルス実験データの再計算を試みたところ、より良い実験と理論の一致をみた。
また、本研究課題のもう一つの目標であった「量子経路干渉による動的局在と量子ゼノン効果」に関しても、上記の計算手法が有効であり、こちらもほぼ解析を完了して論文作成準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「研究実績の概要」および「進捗状況」の項で述べたとおり、本研究課題は初期の実験の急展開に合わせて研究課題を絞ったが、ほぼ当初の目的を達した。その結果は、逐次国内学会、国際会議等の研究集会で公表しており、現在、それらの成果を論文発表するべく取りまとめ中である。論文作成、公表に多少の時間を要するため一年の研究期間延長をお願いし、認められている。
なお、本研究の遂行過程において、関連する新たな研究テーマ「強いパルス光で励起されかつ駆動される電子の動力学理論」が発展的に浮上してきた。これは光科学の広い分野にまたがる大きな研究テーマだが、その一部には本研究課題での成果も含まれるため、この部分は切り分けて本研究課題の成果として研究を実行し、成果を取りまとめる予定である。
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| Causes of Carryover |
主な理由は予定していた研究集会への参加を一つ取りやめたためである。この次年度使用額は、主として論文作成時の校閲、国内学会等参加費に使う予定である。
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