2013 Fiscal Year Annual Research Report
固体中のフェムト・アト秒電子ダイナミクスに対する第一原理計算
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23340113
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
矢花 一浩 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70192789)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高強度パルスレーザー / 超高速現象 / 時間依存密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 電子ダイナミクス |
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| Research Abstract |
本研究は、高強度パルス光と固体の相互作用を記述する計算科学的手法を発展させ、フェムト秒以下の時間スケールで起こる光と電子の相互作用を、時間に依存する密度汎関数理論に基づく第一原理計算により明らかにし、そこで起こる新奇な現象を理解し予言することを目的としている。本年度、以下に述べる２つの方向に関し進展があった。
最近、物質が不可逆的に壊変される限界に近い強度での光と物質の著しい非線形相互作用が興味を集めている。実験的には、極限的なパルス光を透明な誘電体に照射したときに瞬間的な電流が発生することが報告されており、その生成メカニズムに興味が持たれている。通常の非線形光学では、分極が電場のべきで展開できることを仮定するが、このような極限的強度での光と物質の相互作用では、電子の運動を時間依存シュレディンガー方程式を用いて解くことが必須になる。我々は、パルス光が照射されたSiO_2の単位セル中の電子ダイナミクスを計算し、実験で見出されているものと極めて類似した電流が得られることを示し、原子スケールで電流が生成される様子を明らかにすることに成功した。
高強度パルス光と物質の相互作用が、物質の電子構造によりどのように異なるのかは、基本的な問題である。この問いに答えるため、いくつかの異なるバンドギャップを持つ物質群に対して、パルス光が誘起する電子ダイナミクスを調べた。SiO_2、MgO、Siを比較すると、ギャップが減少するにつれて電子励起が容易になることは見出されるが、破壊強度にそれほど大きな変化はないことが見出された。また半金属であるグラファイトでは、予想されていたことではあるが、偏光面と結晶軸のなす角により、電子励起の様相が大きく異なることが見出された。
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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
本年度の重要な進展として、高強度パルス光が透明な物質中に極めて短い時間だけ生成する電流について、実験で得られた様相を精度よく再現できたことが挙げられる。他の方向に向けた研究も、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、京コンピューターを用いた超大規模計算により、巨視的電磁場を量子論の第一原理計算から解き明かすマルチスケール・シミュレーション法を中心とした展開を図りたい。特に、物質の光破壊強度に関して、定量的に詰めた解析を行いたいと考えている。
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