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2019 年度 実施状況報告書

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
キーワード非平衡物性 / 励起子絶縁体
研究実績の概要

成果内容:本年度の前半においては非平衡グリーン関数法のうちGeneralized Kadanoff-Baym Ansatzと呼ばれる手法を用いて、半導体の強励起ダイナミクスを解析した。これにより、非平衡励起子相の出現とその寿命や光学応答を明らかにした。
また、後半においては、励起子絶縁相の候補であるTa2NiSe5(TNS)に注目し、理論と実験からその集団励起モードの性質を明らかにした。理論解析では、線形応答領域に注目し、グリーン関数法を用いることで、電子格子相互作用の位相モードや振幅モードへの影響を明らかにした。これにより、系のパラメータへの集団励起モードの依存性を明らかにした。ケンブリッジ大学との実験と理論の共同研究では、時間空間分解ポンププローブ実験を行い、系の位相モードが高速で伝搬するシグナルとして捉えられることを明らかにし、TNSが励起子絶縁体であることを示唆する結果を得た。
意義と重要性:前半の研究は非平衡グリーン関数法の開発と新規物性の探索という点で意義がある。また、最近では東大の島の研究室で光により駆動されるコヒーレントな状態が観測され、実際の実験とも関連した研究になり、今後の発展が注目される。また、後半の理論と実験の研究においては、簡単な模型であるが、励起子相と集団励起の関係を明らかにし、その結果を実験を通して実際の物質TNSの性質とも関連づけられた。このことは、当該分野で注目されるTNSの物性に新しい観点を与えた意味で意義がある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

非平衡グリーン関数法のうちGeneralized Kadanoff-Baym Ansatz(GKBA)を用いて、基本模型の解析を行い、実験とも関連する結果を得たことにより、今後GKBAをさらに発展させる上で重要な知見となっている。また、励起子絶縁における
集団励起の性質の解明は、今後非平衡状態でのその影響を明らかにする上で有用である。また、実験グループとの共同研究を行なったことで、今後実験と理論のより密な研究が行われることも期待できる。

今後の研究の推進方策

現在は、非平衡グリーン関数の相補的な手法として厳密対角化やiTEBDなどの波動関数に基づいた手法の実装にも着手しており、これによりより正確に揺らぎの効果の影響を取り入れることが可能である。これらの手法は一次元に限られるがグリーン関数法を開発する上での比較対象として有用である。
厳密対角化やiTEBDを用いて、励起子絶縁相における揺らぎの非平衡ダイナミクスへの影響を調べつつ、グリーン関数法の開発を進める。
また、これらの手法によって高次高調波の研究も行い相関効果の影響を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

研究遂行にあたり、必要な計算資源の獲得および国外の共同研究者との議論に必要な旅費等が発生するため。
また、初年度の研究成果の発表のための学会費と旅費も必要である。さらに初年度の研究を通して、必要な書籍が明らかになったので購入する予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Fribourg(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      University of Fribourg
  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Stanford University
  • [国際共同研究] Erlangen University(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Erlangen University
  • [国際共同研究] Cambridge university(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Cambridge university
  • [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 ページ: 035203

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.035203

    • 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 ページ: 033701

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.033701

    • 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 ページ: -

    • 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 ページ: -

    • 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 ページ: -

    • 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 ページ: -

    • 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 ページ: -

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [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
  • [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
    • 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
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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