励起子絶縁体の光誘起ダイナミクスに関する理論的研究

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13509
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 金子 竜也 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (30784433)
• 研究期間 (年度): 2021-11-01 – 2023-03-31
• キーワード: 励起子 / 光誘起ダイナミクス / 強相関電子系

研究実績の概要

本研究課題は電子とホールの間に働くバンド間クーロン相互作用によって形成される絶縁体状態である励起子絶縁体の理解に向け、相関電子系の光誘起ダイナミクスの研究を理論的に行うものである。海外特別研究員制度による2019年度から2021年度にかけての海外派遣によって3年間の中断をはさんでおり、中断期間も本課題と関連した研究を進めたためそれらの実績も一部含め報告する。
海外派遣期間中より励起子絶縁体の秩序状態における集団励起ダイナミクスの研究を進め、特に集団励起が示す非線形光学応答に関する研究で成果を得てきた。線形光学応答で現れない励起子秩序の集団励起モードを第三次高調波発生のスペクトルから特定するための理論や、空間反転対称性が破れた励起子絶縁体における二次光学応答と集団励起の効果に関する理論を構築してきた。また、強いクーロン相互作用が誘起するMott絶縁体などの強相関電子系における励起子にも着目し、励起子が非摂動領域での高次高調波発生に与える影響を厳密対角化法などの数値計算を駆使して研究した。磁性と励起子の関係にも着目し、磁性体が光学応答スペクトルで示す励起子ピークに関する研究も進めた。特に、遷移金属とその周りの配位子の寄与が有効な電荷移動型絶縁体における励起子生成とそれが磁性に与える影響について調べた。励起子に関連した研究以外にも、Hubbard模型の光励起状態におけるη-pairing状態（スタッガードな電子ペア状態）、光によってキャリア生成されたMott絶縁体、相関電子系に対する静電場の効果（シュタルク効果）に関する研究でも成果を得た。

研究成果

• [国際共同研究] Columbia University/Flatiron Institute(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Columbia University/Flatiron Institute
• [国際共同研究] University of Fribourg/Paul Scherrer Institute(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Fribourg/Paul Scherrer Institute
• [国際共同研究] Jozef Stefan Institute(スロベニア)
  • 国名: スロベニア
  • 外国機関名: Jozef Stefan Institute
• [国際共同研究] Tsinghua University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Tsinghua University
• [雑誌論文] Spin, Charge, and η-Spin Separation in One-Dimensional Photodoped Mott Insulators (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Murakami, Shintaro Takayoshi, Tatsuya Kaneko, Andreas M. Lauchli, Philipp Werner
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 ページ: 106501/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.106501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two-step Mott transition in Ni(S,Se)2: μSR studies and charge-spin percolation model (2022)
  • 著者名/発表者名: Qi Sheng, Tatsuya Kaneko, Kohtaro Yamakawa, Zurab Guguchia, Zizhou Gong, Guoqiang Zhao, Guangyang Dai, Changqing Jin, Shengli Guo, Licheng Fu, Yilun Gu, Fanlong Ning, Yipeng Cai, Kenji M. Kojima, James Beare, Graeme M. Luke, Shigeki Miyasaka, Masato Matsuura, Shin-ichi Shamoto, Yasutomo J. Uemura et al.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: 033172/1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033172
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Excitonic effects on high-harmonic generation in Mott insulators (2022)
  • 著者名/発表者名: Mina Udono, Koudai Sugimoto, Tatsuya Kaneko, Yukinori Ohta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: L241108/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L241108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Second-order magnetic responses in quantum magnets: Magnetization under ac magnetic fields (2022)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kaneko, Yuta Murakami, Shintaro Takayoshi, Andrew J. Millis
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 195126/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.195126
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 電荷移動型絶縁体における励起子-スピン相互作用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 金子竜也, 村上雄太, Denis Golez, Zhiyuan Sun, Andrew J. Millis
  • 学会等名: 日本物理学会（2023年春季大会）
• [学会発表] Exciton-spin interaction in charge-transfer insulators (2023)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kaneko, Yuta Murakami, Denis Golez, Zhiyuan Sun, Andrew J. Millis
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 国際学会