2013 Fiscal Year Research-status Report
複合量子相関系における光誘起超伝導と非平衡相転移の理論
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25800192
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
辻 直人 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90647752)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 動的平均場理論 / 非平衡 / 光誘起相転移 |
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| Research Abstract |
本年度は、光誘起超伝導の理論的解明に向けて、(1)強く相互作用した電子格子系の秩序相の平衡状態の性質を明らかにしたことと、(2)超伝導体に振動電場をかけると、ヒッグスモードと共鳴した巨大な非線形応答が得られることがわかった、という主に二つのテーマに取り組んだ。
(1) ハバード・ホルシュタイン模型は電子格子系の基本的なモデルで、強結合超伝導を理解する上で出発点になるものであるが、電子・電子相互作用と電子・格子相互作用がともに強いときに超伝導、電荷秩序、反強磁性の各秩序相がどのように競合、共存するかわかっていなかった。動的平均場理論を使った解析により、超伝導と電荷秩序が共存した超固体相が存在することがわかった。それに伴い量子臨界点が存在することも明らかになった。また、超伝導相の臨界温度の振る舞いを、静的な有効モデルを使って理解できることを示した。
(2) 非平衡超伝導の性質を解明するために、光などの振動電場が照射されているときの超伝導体の時間発展をBCS理論をもとに解析した。その結果、超伝導秩序パラメーターの振幅の振動として表されるヒッグスモードと呼ばれる集団励起モードに共鳴した巨大な応答が得られることがわかった。ヒッグスモードと電磁場は非線形な結合を通して相互作用する。この現象は、最近テラヘルツ光を超伝導体に当てる実験で観測された。
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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
当初の予定通り、本年度は電子格子系の平衡状態における秩序相の性質を解明することができ、またBCSモデルのような比較的単純化した超伝導のモデルで非平衡状態を考察した。これは次年度以降の、電子格子系の非平衡状態の解析に向けて、最初のステップをクリアしたと言える。また、当初は予測していなかった、ヒッグスモード共鳴という新しい超伝導体の現象を発見することができた点も大きい。これは超伝導の秩序をダイナミカルに制御することができる例になっており、光誘起超伝導という目標に向けて前進している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を踏まえて、次年度は電子格子系のモデルであるハバード・ホルシュタイン模型の非平衡状態を解析することを目指す。解析の手法としては、非平衡動的平均場理論を電子格子系に拡張することを考える。動的平均場理論では不純物問題を解く必要があるが、ミグダル近似などのダイアグラム的な手法を組み合わせて解くことを試みる。相互作用クエンチなどの単純化した設定で電子格子系をシミュレートし、物理的に妥当な時間発展が得られるかどうかを検討する。
新たに見つかったヒッグスモード共鳴という現象について、次年度も更なる物理的性質の解明に向けて取り組む。ジョセフソン結合系などの非一様な系でヒッグスモード共鳴がどのように現れるかを研究する。ヒッグスモードが位相モードにどのように緩和していくかを明らかにする。
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