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2015 Fiscal Year Annual Research 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

Research Project

Project/Area Number 25800192
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

辻 直人  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 (90647752)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords超伝導 / 動的平均場理論 / 非平衡 / 光誘起相転移
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、光誘起超伝導転移の理論的理解に向けて、電子格子相互作用が強く働いた超伝導体に外部から瞬間的な摂動を加えて非平衡状態にしたときの電子状態の時間発展の様子を理論的に明らかにした。
超伝導体に摂動を加えると、クーパー対を壊す準粒子励起の他に、超流動密度の振幅が集団的に振動する励起モードが存在することが知られていてヒッグスモードと呼ばれる。これらの励起モードの性質は、平均場近似の範囲ではよく知られているが、電子格子相互作用が強く働いているような超伝導体においては未解明であった。そこで我々は、電子格子系の典型的なモデルであるホルシュタイン模型の超伝導相に対して瞬間的な摂動を加えた後の電子状態の時間発展を非平衡動的平均場理論に基づいて計算した。その結果、これまで知られていたヒッグスモード以外に「第2のヒッグスモード」と呼ぶべき新たな集団励起モードが存在することがわかった。これは直観的には、超流動密度の振動と格子のコヒーレントな振動が混成してできるモードであり、電子格子相互作用が強く働いた超伝導体に特有の励起モードである。このような励起モードは時間分解光電子分光によって観測が可能であることを示した。
期間全体を通して、超伝導状態を光によって制御する方法を確立することができた。特に、超伝導擬スピンを光によって共鳴的に歳差運動させる擬スピン共鳴という現象を実験的、理論的に発見した。これは超伝導体の電子状態を光によってコヒーレントに制御することを可能にしたという意味で、光誘起超伝導への応用の観点からも意義深い。さらに非平衡動的平均場理論に基づいて超伝導体の実時間発展をシミュレートする理論的手法を構築した。主にホルシュタイン模型などの理論モデルに適用したが、今後は第一原理計算により求めたより現実的なモデルへの応用も期待される。

  • Research Products

    (25 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Fribourg(Switzerland)

    • Country Name
      Switzerland
    • Counterpart Institution
      University of Fribourg
  • [Journal Article] Multiple amplitude modes in strongly-coupled phonon-mediated superconductors2016

    • Author(s)
      Yuta Murakami, Philipp Werner, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 094509(1-10)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.094509

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Brillouin-Wigner theory for high-frequency expansion in periodically driven systems: Application to Floquet topological insulators2016

    • Author(s)
      Takahiro Mikami, Sota Kitamura, Kenji Yasuda, Naoto Tsuji, Takashi Oka, Hideo Aoki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 144307(1-25)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.144307

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Theory of Anderson pseudospin resonance with Higgs mode in a superconductor2015

    • Author(s)
      Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 92 Pages: 064508(1-11)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.064508

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] FLEX+DMFT approach to the d-wave superconducting phase diagram of the two-dimensional Hubbard model2015

    • Author(s)
      Motoharu Kitatani, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 92 Pages: 085104(1-8)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.085104

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An interaction-driven topological insulator in fermionic cold atoms on an optical lattice: A design with a density functional formalism2015

    • Author(s)
      Sota Kitamura, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 115 Pages: 045304(1-5)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.045304

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structure of helicoidal graphene: massless Dirac particles on a curved surface with a screw symmetry2015

    • Author(s)
      Masataka Watanabe, Hisato Komatsu, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 92 Pages: 205425(1-9)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.205425

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 超伝導体中のヒッグスモード - 高強度テラヘルツ波による検出とヒッグス共鳴第三高調波発生2015

    • Author(s)
      松永隆佑、辻直人、青木秀夫、島野亮
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 50 Pages: 411-436

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 非平衡動的平均場理論と強結合超伝導体の量子ダイナミクス2016

    • Author(s)
      辻直人
    • Organizer
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2016-04-05
    • Invited
  • [Presentation] Brillouin-Wigner理論に基づく時間に周期的な量子系における高周波数展開2016

    • Author(s)
      見上敬洋、北村想太、安田憲司、辻直人、岡隆史、青木秀夫
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-22
  • [Presentation] 2次元斥力Hubbard模型におけるPomeranchuk不安定性と超伝導2016

    • Author(s)
      北谷基治、辻直人、青木秀夫
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-22
  • [Presentation] First-principles design of a half-filled flat band of the kagome lattice in two dimensional metal-organic frameworks2016

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, Tomohiro Soejima, Naoto Tsuji, Daisuke Hirai, Mircea Dinca, Hideo Aoki
    • Organizer
      American Physical Society (APS) 2016 March Meeting
    • Place of Presentation
      Baltimore Convention Center (Baltimore, Maryland, USA)
    • Year and Date
      2016-03-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective amplitude modes in strongly-coupled phonon-mediated superconductors2016

    • Author(s)
      Yuta Murakami, Philipp Werner, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Organizer
      Ultrafast Phenomena in Cooperative Systems, Gordon Research Conference 2016
    • Place of Presentation
      Renaissance Tuscany Il Ciocco (Barga, Lucca ,Italy)
    • Year and Date
      2016-02-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Higgs and new amplitude modes in superconductors with strong electron-phonon interactions2016

    • Author(s)
      Naoto Tsuji
    • Organizer
      Asia-Pacific Workshop (APW)-CEMS Joint Workshop
    • Place of Presentation
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • Year and Date
      2016-01-25
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 電子格子相互作用が強く働いた超伝導体におけるヒッグスモード2015

    • Author(s)
      辻直人
    • Organizer
      第5回強相関電子系理論の最前線 -若手によるオープン・イノベーション-
    • Place of Presentation
      勝浦観光ホテル(和歌山県東牟婁郡)
    • Year and Date
      2015-12-21
    • Invited
  • [Presentation] 電子格子強結合超伝導体における集団振幅モード2015

    • Author(s)
      辻直人
    • Organizer
      物性研短期研究会「量子物質研究の最前線」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2015-12-08
    • Invited
  • [Presentation] d波超伝導体におけるヒッグスモードの時間依存BdG方程式による解析2015

    • Author(s)
      杉岡新、辻直人、青木秀夫
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-19
  • [Presentation] 強結合フォノン媒介超伝導体における集団励起モードの動的平均場理論による解析2015

    • Author(s)
      村上雄太、Philipp Werner、辻直人、青木秀夫
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-18
  • [Presentation] 2次元有機金属構造体における強磁性トポロジカル絶縁体の設計2015

    • Author(s)
      山田昌彦、副島智大、辻直人、平井大介、ミルシア・ディンカ、青木秀夫
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-18
  • [Presentation] 超伝導のコヒーレント量子ダイナミクス: 理論からみた最近の進展2015

    • Author(s)
      辻直人、Peter Barmettler、青木秀夫、Philipp Werner
    • Organizer
      日本物理学会領域5シンポジウム「金属状態の超高速コヒーレンス制御と励起ダイナミクスの新展開」
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Invited
  • [Presentation] Theoretical study of THz laser-induced Higgs-mode resonance in superconductors2015

    • Author(s)
      Naoto Tsuji
    • Organizer
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S) 2015
    • Place of Presentation
      Geneva International Conference Center (Geneva, Switzerland)
    • Year and Date
      2015-08-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Non-equilibrium dynamics of the Holstein model in the superconducting and normal phases2015

    • Author(s)
      Yuta Murakami, Philipp Werner, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Organizer
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S) 2015
    • Place of Presentation
      Geneva International Conference Center (Geneva, Switzerland)
    • Year and Date
      2015-08-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FLEX+DMFT approach for the two-dimensional repulsive Hubbard model2015

    • Author(s)
      Motoharu Kitatani, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Organizer
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S) 2015
    • Place of Presentation
      Geneva International Conference Center (Geneva, Switzerland)
    • Year and Date
      2015-08-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamical mean-field description of relaxation processes in an isolated electron-phonon coupled system2015

    • Author(s)
      Yuta Murakami, Philipp Werner, Naoto Tsuji, Hideo Aoki
    • Organizer
      New Frontiers in Non-equilibrium Physics 2015
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-08-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超伝導体におけるテラヘルツ光誘起ヒッグスモード共鳴2015

    • Author(s)
      辻直人
    • Organizer
      理研-産総研量子技術イノベーションコアWorkshop
    • Place of Presentation
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • Year and Date
      2015-06-01

URL: 

Published: 2017-01-06  

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