• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実施状況報告書

微視的理論に基づくモット絶縁体の非平衡定常状態の研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K14407
研究機関東京大学

研究代表者

北村 想太  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40848553)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
キーワード非平衡 / 強相関系 / 超伝導 / トポロジー
研究実績の概要

本研究課題では、微視的理論に基づいて、モット絶縁体が非平衡定常状態におかれたときに生じる様々な物性を明らかにすることを目指している。
今年度は、(1)強い直流電場による絶縁破壊現象の量子マスター方程式に基づく定式化と(2)円偏光レーザーの照射によるドープされたモット絶縁体系でのトポロジカル超伝導状態の数値シミュレーションの研究に主に取り組んできた。
(1)絶縁体において直流電場を印加した際には、非摂動的な効果によって絶縁破壊が起こり、大きな電流が流れる。絶縁破壊状態における電子の非平衡分布を決定するための方法論として、量子マスター方程式を用いた定式化に今年度は取り組んできた。
量子マスター方程式の最も簡便な扱いとして緩和時間近似(もしくは半導体ブロッホ方程式)と呼ばれるものが広く用いられているが、絶縁体の直流伝導現象にこの手法を適用すると、多バンド効果によって弱い電場を印加しただけでも非物理的な電流が生じてしまう致命的な問題があることを数値計算・解析計算の両面から明らかにした。我々は微視的な量子マスター方程式に立ち戻って緩和時間近似に対する補正を導出することで、計算量をほとんど変えずにこの問題を解消する緩和項の導入方法を提唱した。この成果は論文にまとめ、現在投稿中である。
(2)過年度の研究で、円偏光の照射によってハバード模型に時間反転対称性の破れた相互作用を導入することができ、それによりd波超伝導がトポロジカル超伝導へと変調されることを見出してきた。今年度は、前理論提案の理論手法ではアプローチできない低周波数帯の光を照射した場合の超伝導体のダイナミクスの数値シミュレーションに取り組んだ。超伝導ギャップ関数を自己無撞着に決定しながら円偏光レーザー中の電子の時間発展を計算し、低周波領域においてもトポロジカル超伝導が発現することを明らかにした。今年度はこの成果を論文にまとめ出版した。

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

前年度から進めてきた研究課題が順調に進展し、論文2編にまとめることができた。
緩和時間近似という既存の広く用いられている方法論で深刻な問題が発生することを突き止めたことは予想外の成果であったが、絶縁破壊現象の理解を深めるのみならず、より広く非平衡状態における物性を理論的に調べる上で役に立つ重要な結果であると考えている。

今後の研究の推進方策

(1)については、外場を非摂動論に取り扱う計算手法の整備が進んだことを受けて、この手法を応用した非相反伝導現象の解析に取り組み始めているところである。特に、強い電場中の電子に特有な現象であるブロッホ振動における幾何学位相効果に着目した解析が進行中である。
また、並行して交流電場に対する非摂動的な応答の理論的な定式化にも取り組み始めている。

(2)については、銅酸化物以外の様々な超伝導体に今回の理論提案で用いた機構が応用できないか検討していく予定である。

次年度使用額が生じた理由

過去、コロナ禍による研究会や国際会議の中止のために発生した旅費の未使用額がまだ残っている。研究期間を延長し、国際会議でこれまでに得られた研究成果を発信するための旅費に充てる。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Time-dependent Gutzwiller simulation of Floquet topological superconductivity2024

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Anan、Takahiro Morimoto、Sota Kitamura
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 7 ページ: 99

    • DOI

      10.1038/s42005-024-01586-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photocurrent Induced by a Bicircular Light Drive in Centrosymmetric Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Yuya Ikeda、Sota Kitamura、Takahiro Morimoto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 ページ: 096301

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.096301

    • 査読あり
  • [学会発表] Bloch-Zener oscillationの散逸効果と幾何学効果2024

    • 著者名/発表者名
      寺田伊吹、北村想太、渡部洋、池田浩章
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Floquet topological superconductivity induced by chiral many-body interactions2024

    • 著者名/発表者名
      Sota Kitamura、Hideo Aoki
    • 学会等名
      Ultrafast Phenomena in Cooperative Systems Gordon Research Conference (GRC)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Floquet topological superconductivity induced by chiral many-body interaction2024

    • 著者名/発表者名
      Sota Kitamura、Hideo Aoki
    • 学会等名
      American Physical Society March meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-dependent Gutzwiller simulation of Floquet topological superconductivity2024

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Anan、Takahiro Morimoto、Sota Kitamura
    • 学会等名
      American Physical Society March meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient momentum space approach to superconductivity in quasiperiodic systems2024

    • 著者名/発表者名
      Mao Yoshii、Sota Kitamura、Takahiro Morimoto
    • 学会等名
      American Physical Society March meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-dependent Gutzwiller simulation of Floquet topological superconductivity2024

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Anan、Takahiro Morimoto、Sota Kitamura
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Electronics 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] ランダウ・ゼナートンネリングによる非線形伝導の理論:非対称バンドへの応用2023

    • 著者名/発表者名
      寺田伊吹、北村想太、渡部洋、池田浩章
    • 学会等名
      「アシンメトリ量子」キックオフミーティング
  • [学会発表] ランダウ・ゼナートンネリングによる非線形伝導の理論2023

    • 著者名/発表者名
      寺田伊吹、北村想太、渡部洋、池田浩章
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] Nonlinear transport via the Landau-Zener tunneling : Simulating the electron dynamics of the two-band insulator coupling to the fermionic reservoir2023

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Terada、Sota Kitamura、Hiroshi Watanabe、Hiroaki Ikeda
    • 学会等名
      Physics of Open Systems and Beyond
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子マスター方程式における線形伝導の問題とその改良2023

    • 著者名/発表者名
      寺田伊吹、北村想太、渡部洋、池田浩章
    • 学会等名
      第17回物性科学領域横断研究会 凝縮系科学の最前線
  • [学会発表] Floquet topological d+id superconductivity in the doped Hubbard model2023

    • 著者名/発表者名
      Sota Kitamura、Hideo Aoki
    • 学会等名
      X International Symposium Ultrafast Dynamics & Ultrafast Bandgap Photonics 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonreciprocal Landau-Zener Tunneling and Current Response2023

    • 著者名/発表者名
      Sota Kitamura、Naoto Nagaosa、Takahiro Morimoto
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES)
    • 国際学会
  • [学会発表] 強相関効果を用いた光誘起トポロジカル超伝導の理論2023

    • 著者名/発表者名
      北村想太、青木秀夫
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] 反強磁性絶縁体における光誘起マグノンスピンシフト電流の研究2023

    • 著者名/発表者名
      藤原孝輔、北村想太、森本高裕
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] 空間反転対称性を有した系における二周期外場駆動による光電流誘起2023

    • 著者名/発表者名
      池田侑哉、北村想太、森本高裕
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] 円偏光誘起トポロジカル超伝導の時間発展シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      阿南宇紘、森本高裕、北村想太
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi