2021 Fiscal Year Research-status Report
Microscopic theory for nonequilibrium steady states of Mott insulators
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20K14407
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北村 想太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40848553)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 非平衡 / 強相関系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題ではモット絶縁体の非平衡定常状態を微視的理論により理解することを目標としている。本年度は主にAC外場中の非平衡物性に焦点を絞った研究を遂行した。
特に大きな成果として、モット絶縁体に電荷をドープした際に現れる超伝導状態が、AC外場によって平衡状態とは全く異なるトポロジカル超伝導状態へと変化することを明らかにした。従来の理論では考えられてこなかった、強相関系に特有な創発的な相互作用が周期的な外場と強相関効果の協奏によって現れることを理論的に明らかにし、それが時間反転対称性の破れた超伝導ペアリングを可能にすることを解析計算・数値計算の両面から突き止めた。
具体的には、銅酸化物を念頭に正方格子ハバード模型を考え、そこに円偏光レーザーが照射された状況を考えた。強結合展開とフロッケ理論を組み合わせることにより、電荷がドープされた状況における非平衡定常状態を記述する有効ハミルトニアンを構築することに成功した。外場が存在しない状況では同様の展開によってt-J模型と呼ばれる模型が得られることが知られているが、円偏光を印加することでループカレントを誘起するような相互作用項が新たに現れ、それがd+id超伝導を誘起することを明らかにした。特にここで発見した時間反転対称性を破る項は従来的な相関効果を考えないアプローチでは相殺してしまうもので、強相関効果を考慮することではじめて現れる効果である点が新しい。この項を考慮すると、たしかにもともとの銅酸化物系のd波超伝導からトポロジカルなd+id超伝導へとペアリング対称性が変化することをグッツウィラー平均場近似の範囲内で明らかにし、さらには時間発展シミュレーションを行うことでd+id超伝導への相転移が現実的な時間スケールで実現することを確認した。これらの成果は論文にまとめて投稿中で、近日中に出版される見込みである。
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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
当初の研究計画では主に常伝導・絶縁体相を対象に非平衡定常状態の性質を明らかとしていく予定であったが、超伝導相にまで適用対象を広げることができ、新しい非平衡現象を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度得られたAC外場中の超伝導状態は駆動周波数が比較的高い場合に理論の適用範囲が限定されているため、実験的な検証の可能性を高めるためTHz帯での駆動へと理論を拡張できないか検討していきたい。また、DC外場によって非摂動的にキャリアが生じたモット絶縁体相に対しても今回の理論的な進展が応用できないかを検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
前年度に引き続き、新型コロナウイルス蔓延の影響により、参加を予定していた会議への現地参加を断念する形になり次年度使用額が生じた。状況が許せば主に旅費として次年度使用する予定である。
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