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多自由度模型を用いた励起子絶縁体の光操作と高次高調波発生の理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K23425
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0202:物性物理学、プラズマ学、原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
研究機関東京工業大学

研究代表者

村上 雄太  東京工業大学, 理学院, 助教 (70845289)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード非平衡物性理論 / 励起子絶縁体 / 高次高調波発生 / 光誘起相転移 / 非平衡物性 / 相関電子系
研究開始時の研究の概要

遷移金属カルゲナイト系において近年様々な興味深い光誘起現象が報告されている。これらの現象の解明には電子相関を介した多軌道、多フォノンが織りなす非平衡ダイナミクスの理解が鍵となる。しかし、従来の相関電子系の非平衡理論研究では、手法の制限からHubbard模型などの物質の詳細を十分に考慮しない基本模型が主な研究対象であった。本研究では、多自由度模型の非平衡状態の解析を可能にする非平衡グリーン関数法を用いた新手法を開発し、物質の詳細を反映した模型に適用することで、実験的に報告されている特異な励起子絶縁体のダイナミクスと高次高調波発生のメカニズムの解明および新たな実験提案を目指す。

研究成果の概要

本研究計画の目的は、多軌道模型を解析することで、励起子絶縁体の非平衡操作に関する理論を構築すること、そして強相関電子系における高次高調波発生の起源を明らかにすることである。励起子絶縁体の非平衡操作に関しては、励起後散乱が本格的に始まる前のPrethermalと呼ばれる状態を使うことで、非平衡特有の励起子絶縁相が出現することを明らかにした。また高次高調波発生の研究においては、強相関特有の励起状態が高次高調波発生が重要な役割を果たすことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、近年非平衡物性の分野で注目を集めている励起子絶縁体のダイナミクスと高次高調波発生に焦点を当てている。我々の研究成果は、光を用いた物性操作に関する新しい指針を提供しており、今後あたらしいタイプの光誘起相転移や高次高調波発生の観測につながると期待される。また、長期的にはこれらの成果をベースにして光高速スイッチングや通信デバイスへの応用も期待される。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 10件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] コロンビア大学/Flatiron Institute/Stanford大(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] フリブール大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Fribourg(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Erlangen University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Cambridge university(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] High-harmonic generation in one-dimensional Mott insulator2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, S. Takayoshi, A. Koga, and P. Werner
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 103 号: 3 ページ: 0351101-14

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.035110

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Signatures of bosonic excitations in high-harmonic spectra of Mott insulators2020

    • 著者名/発表者名
      Lysne Markus、Murakami Yuta、Werner Philipp
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 19 ページ: 195139-195139

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.195139

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonlinear Spectroscopy of Collective Modes in an Excitonic Insulator2020

    • 著者名/発表者名
      Golez Denis、Sun Zhiyuan、Murakami Yuta、Georges Antoine、Millis Andrew J.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 25 ページ: 257601-257601

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.257601

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonthermal excitonic condensation near a spin-state transition2020

    • 著者名/発表者名
      Werner Philipp、Murakami Yuta
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 24 ページ: 241103-241103

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.241103

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Collective Modes in Excitonic Insulators: Effects of Electron-Phonon Coupling and Signatures in Optical Response2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, D. Golez, T. Kaneko, A. Koga, A. J. Millis, and P. Werner
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 101 号: 19 ページ: 1951181-17

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.195118

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Majorana-mediated spin transport in Kitaev quantum spin liquids2020

    • 著者名/発表者名
      T. Minakawa, Y. Murakami, A. Koga, and J. Nasu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 125 号: 4 ページ: 0472041-7

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.047204

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitonic condensation reflecting electronic states in two-band Penrose-Hubbard model2020

    • 著者名/発表者名
      K. Inayoshi, Y. Murakami, and A. Koga
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 89 号: 6 ページ: 0640021-8

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.064002

    • NAID

      40022254127

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] NESSi: The Non-Equilibrium Systems Simulation package2020

    • 著者名/発表者名
      Schuler Michael、Golez Denis、Murakami Yuta、Bittner Nikolaj、Herrmann Andreas、Strand Hugo U.R.、Werner Philipp、Eckstein Martin
    • 雑誌名

      Computer Physics Communications

      巻: 257 ページ: 107484-107484

    • DOI

      10.1016/j.cpc.2020.107484

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultrafast nonequilibrium evolution of excitonic modes in semiconductors2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, M. Schueler, S. Takayoshi and P. Werner
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 101 号: 3 ページ: 035203-035203

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.035203

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spin transport in the Quantum Spin Liquid State in the S=1 Kitaev model: role of the fractionalized quasiparticles2020

    • 著者名/発表者名
      A. Koga, T. Minakawa, Y. Murakami, and J. Nasu
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 89 号: 3 ページ: 33701-33701

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.033701

    • NAID

      40022185595

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Imaging the coherent propagation of collective modes in the excitonic insulator candidate Ta2NiSe5 at room temperature2020

    • 著者名/発表者名
      P. Andrich, H. M. Bretscher, Y. Murakami, D. Golez, B. Remez, P. Telang, A. Singh, L. Harnagea, N. R. Cooper, A. J. Millis, P. Werner, A. K. Sood, and A. Rao
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2003.10799

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Collective Modes in Excitonic Insulators: Effects of Electron-Phonon Coupling and Signatures in Optical Response2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, D. Golez, T. Kaneko, A. Koga, A. J. Millis, and P. Werner
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2003.10789

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Excitonic condensation reflecting electronic states in two-band Penrose-Hubbard model2020

    • 著者名/発表者名
      K. Inayoshi, Y. Murakami, and A. Koga
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2002.05870

    • NAID

      40022254127

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Majorana-mediated spin transport without spinpolarization in Kitaev quantum spin liquids2019

    • 著者名/発表者名
      T. Minakawa, Y. Murakami, A. Koga, and J. Nasu
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 1912.10599

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] NESSi: The Non-Equilibrium Systems Simulation package2019

    • 著者名/発表者名
      M. Schueler, D. Golez, Y. Murakami, N. Bittner, A. Hermann, H. U. R. Strand, P. Werner and M. Eckstein
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 1911.01211

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 一次元Mott絶縁体からの高次高調波発生:ダブロン・ホロンに対する3ステップ模型とスピンダイナミクスの効果2021

    • 著者名/発表者名
      村上雄太, 高吉慎太郎, 古賀昌久, Philipp Werner
    • 学会等名
      日本物理学会2021春
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Spin状態転移近傍における励起子凝縮の非平衡理論2020

    • 著者名/発表者名
      村上雄太, Philipp Werner
    • 学会等名
      日本物理学会2020秋
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 励起子絶縁相における集団励起モードへの電子格子相互作用の影響と観測可能性2020

    • 著者名/発表者名
      村上雄太, Denis Golez, Paolo Andrich, Hope Bretscher, 金子竜也, 古賀昌久, Andy Millis, Philipp Werner
    • 学会等名
      日本物理学会2020春
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 励起子絶縁相における集団励起モードへの 電子格子相互作用の影響と観測可能性2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, D. Golez, T. Kaneko, A. Koga, A. J. Millis, and P. Werner
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 強相関電子系および量子スピン系からの高次高調波発生2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, S. Takayoshi, M. Schueler, M. Eckstein, Y. Murakami
    • 学会等名
      第29回日本MRS年
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High Harmonic Generation from Periodically Driven Mott Insulators2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Murakami, S. Takayoshi, M. Schueler, M. Eckstein, Y. Murakami
    • 学会等名
      APPC 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-09-03   更新日: 2022-01-27  

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