Theoretical study of nonequilibrium steady states in strongly correlated systems and ordered phases

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14412
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2022-2023); Tokyo Institute of Technology (2020-2021)
• Principal Investigator: Murakami Yuta 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (70845289)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 非平衡物性 / 光誘起相転移

Outline of Final Research Achievements

When exciting a Mott insulator with light, multiple types of charge carriers are generated. It is known that the lifetimes of these carriers become extremely long when the bandgap is large. Therefore, in the relaxation process, it is thought that initially the number of carriers remains unchanged, while the carrier temperature decreases and a quasi-steady state is achieved. We have conducted research to elucidate the properties of such quasi-steady states originating from photo-doping in Mott insulators. We have developed a method to systematically describe such non-equilibrium states and have used it to predict the existence of various nontrivial non-equilibrium phases, including a special superconducting phase called the η-pairing phase.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は以下のようになる。Mott絶縁体は電子相関が支配する物質であり、その特性を理解することは量子物質科学や凝縮物理学の基礎的な理解を深める上で重要である。光ドープによって生成される準定常状態の性質を明らかにすることは、新しい物理現象や相の発見につながる可能性がある。また、非平衡状態の系統的な記述方法の開発は、今後の非平衡量子系の研究にも有益な知見を提供すると期待する。
また、社会的には本研究は新しい量子材料の設計や応用に向けた基盤を提供する可能性がある。光で励起された超伝導相やその他の非平衡相の理解は、高効率エネルギー変換や情報処理などの分野に役立つ可能性がある。