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2023 年度 実績報告書

光による電子構造制御の第一原理計算

研究課題

研究課題/領域番号 20K14382
研究機関筑波大学

研究代表者

佐藤 駿丞  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (90855462)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード超高速現象 / アト秒物理 / 非線形光学 / 第一原理計算
研究実績の概要

我々は、時間依存密度汎関数理論(TDDFT)に基づく第一原理計算により、高強度な光が固体中で駆動する微視的な電子ダイナミクスを解析している。当該年度では、これまでの研究で発展させた第一原理電子アト秒過渡吸収分光シミュレーション法を磁性体であるCoに適用し、光が駆動するスピンダイナミクスおよび過渡的な光学応答を調べた。その結果、光が駆動するスピンダイナミクスを反映した特徴的な構造がアト秒過渡吸収スペクトルに現れることが確認された。この研究成果により、アト秒過渡吸収分光実験を磁性体に適用することで、アト秒の時間分解能で光駆動スピンダイナミクスを調べるアト秒スピンダイナミクス分光の実現が可能になると考えられる。

さらに当該年度では、テラヘルツ(THz)光で駆動・制御された電子状態を応用することで、中赤外(MIR)光領域におけるグラフェンからの高次高調波発生の効率化に取り組んだ。具体的には、量子マスター方程式に基づく電子ダイナミクス計算を用いて、THz光とMIR光のもとでの電子ダイナミクスを解析し、そこから発生する高次高調波発生の効率を評価した。

研究期間全体として、第一原理電子ダイナミクス計算を駆使し、強光子場中の電子状態を解析することにより、アト秒分光実験で得られる過渡的な光学応答の微視的機構を解明し、その制御のための基盤を構築してきた。また、アト秒領域とは異なる時間領域であるTHz領域においても、量子マスター方程式に基づく電子ダイナミクス計算により高次高調波発生等の解析を進め、光駆動された電子状態が種々の非線形光学応答において重要な役割を果たしていることを明らかにした。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] マックスプランク物質構造ダイナミクス研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      マックスプランク物質構造ダイナミクス研究所
  • [国際共同研究] チューリッヒ工科大(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      チューリッヒ工科大
  • [国際共同研究] ミラノ工科大(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      ミラノ工科大
  • [雑誌論文] Enhancement of high-order harmonic generation in graphene by mid-infrared and terahertz fields2024

    • 著者名/発表者名
      Mao Wenwen、Rubio Angel、Sato Shunsuke A.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 ページ: 045421

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.045421

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Frequency-resolved Microscopic Current Density Analysis of Linear and Nonlinear Optical Phenomena in Solids2023

    • 著者名/発表者名
      Sato Shunsuke A.
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 ページ: 094401

    • DOI

      10.7566/JPSJ.92.094401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimizing Floquet engineering for non-equilibrium steady states with gradient-based methods2023

    • 著者名/発表者名
      Castro Alberto、Sato Shunsuke
    • 雑誌名

      SciPost Physics

      巻: 15 ページ: 029

    • DOI

      10.21468/SciPostPhys.15.1.029

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Floquet-Bloch resonances in near-petahertz electroabsorption spectroscopy of SiO22023

    • 著者名/発表者名
      Volkov M.、Sato S. A.、Niedermayr A.、Rubio A.、Gallmann L.、Keller U.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 ページ: 184304

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.184304

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultrafast electron localization and screening in a transition metal dichalcogenide2023

    • 著者名/発表者名
      Schumacher Z.、Sato S. A.、Neb S.、Niedermayr A.、Gallmann L.、Rubio A.、Keller U.
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 ページ: e2221725120

    • DOI

      10.1073/pnas.2221725120

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] First-principles electron dynamics simulations for light-induced electron dynamics in solids2024

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke A. Sato
    • 学会等名
      Optica High-brightness Congress 2024
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Limitationsof time-dependentmean-fieldapproximationstosecond-ordernonlinearopticalphenomena2024

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke A. Sato
    • 学会等名
      Second Workshop on Fundamentals in Density Functional Theory (DFT2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Ab initio simulations of attosecond transient spectroscopy using time-dependent density functional theory2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke A. Sato
    • 学会等名
      Atto2Nano: modeling ultrafast dynamics across time-scales in condensed matter
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ab-initio computation for attosecond electron dynamics in solids2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke A. Sato
    • 学会等名
      the XXXIII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC 2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 実験と理論の比較から考察する固体高次高調波発生2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤駿丞
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体中の光駆動非平衡電子ダイナミクスの第一原理計算2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤駿丞
    • 学会等名
      非平衡固体物性の最前線
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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