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

2020 年度 実績報告書

• 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: 非平衡物性理論 / 光誘起相転移 / 高次高調波発生

研究実績の概要

本研究計画の当初の目的は励起子絶縁体の非平衡操作の理論提案と強相関電子系の高次高調波発生の性質の理論的解明であった。
励起子絶縁体に関しては、近年その候補物質として注目されているTa2NiSe5に焦点を当て、その集団励起モードに関する理論予言と、実験との共同研究を行い励起子絶縁体を示唆する集団励起モードの観測に成功した。これら結果は、Ta2NiSe5の秩序相の起源に関する重要な知見を与えている。
また、多軌道の強相関電子系の非平衡ダイナミクスも解析し、散乱過程が始まる前に(Prethermal状態で)平衡系では期待できないタイプの励起子秩序が発展することを見出した。この研究は、Prethermal状態を用いた非平衡秩序誘起の可能性を新たに示唆するものであり、非平衡物性の研究の新たな方向性を示している。
強相関電子系の高次高調波発生に関しては、いくつかの代表的な模型を調べた。多軌道ハバード模型では、強相関系特有のストリング状態が高次高調波スペクトルに現れることを示した。また、一次元のハバード模型の解析では、多体系の素励起に対する3ステップ模型が有効であり、この系の高次高調波は多体の励起構造を直接反映することを示した。また、スピン自由度と高次高調波特性の関係も明らかにした。これらの結果は、強相関電子系の高次高調波発生は半導体とは異なり多体の素励起と深く関わり、スピンや温度自由度を用いた高次高調波発生制御の可能性を示している。

研究成果

• [国際共同研究] コロンビア大学/Flatiron Institute/Stanford大(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コロンビア大学/Flatiron Institute/Stanford大
• [国際共同研究] フリブール大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: フリブール大学
• [雑誌論文] High-harmonic generation in one-dimensional Mott insulators (2021)
  • 著者名/発表者名: Murakami Yuta、Takayoshi Shintaro、Koga Akihisa、Werner Philipp
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 035110
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.035110
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Signatures of bosonic excitations in high-harmonic spectra of Mott insulators (2020)
  • 著者名/発表者名: Lysne Markus、Murakami Yuta、Werner Philipp
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 195139
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.195139
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nonlinear Spectroscopy of Collective Modes in an Excitonic Insulator (2020)
  • 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 ページ: 257601
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.257601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nonthermal excitonic condensation near a spin-state transition (2020)
  • 著者名/発表者名: Werner Philipp、Murakami Yuta
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 241103
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.241103
  • 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 the optical response (2020)
  • 著者名/発表者名: Murakami Yuta、Golez Denis、Kaneko Tatsuya、Koga Akihisa、Millis Andrew J.、Werner Philipp
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 195118
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.195118
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Majorana-Mediated Spin Transport in Kitaev Quantum Spin Liquids (2020)
  • 著者名/発表者名: Minakawa Tetsuya、Murakami Yuta、Koga Akihisa、Nasu Joji
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 ページ: 047204
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.047204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitonic Condensation Reflecting Electronic States in Two-Band Penrose?Hubbard Model (2020)
  • 著者名/発表者名: Inayoshi Ken、Murakami Yuta、Koga Akihisa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 064002～064002
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.064002
  • 査読あり
• [雑誌論文] NESSi: The Non-Equilibrium Systems Simulation package (2020)
  • 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
  • 査読あり / 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
• [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
• [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