2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theory of Time-Resolved Inelastic X-Ray Scattering in Correlated Electron Systems
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19H01829
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
遠山 貴巳 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (70237056)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曽田 繁利 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (60466414)
兼下 英司 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (60548212)
筒井 健二 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員(定常) (80291011)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 時間分解共鳴非弾性X線散乱 / 相関電子系 / 数値計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
共鳴非弾性Ｘ線散乱(RIXS) は運動量とエネルギーの両方を分解して電荷・スピン・軌道励起の全体像を明らかにすることができる。そのRIXSに時間分解機能を付加しようという実験が、自由電子レーザーの発展と歩調を合わせて世界各地で始まっている。本研究では、今後大きな発展が期待される相関電子系に対する時間分解RIXSに着目し、実験に先立って理論からの提案を行うことを目的としている。当初計画では、まず最初に一次元モット絶縁体に対するにポンプ光を照射したときのRIXSスペクトルの時間変化を厳密対角化法で調べる予定であった。しかし、本年度研究計画を提案のあとに、アメリカの理論研究グループでは二次元モット絶縁体のRIXSスペクトルの理論計算が大幅に先行していることが判明した。多くの実験も二次元モット絶縁体で行われ始めていることに鑑み、急遽、二次元モット絶縁体に対するRIXSスペクトルの研究を行うことととした。とりわけ、RIXSで観測されるスピン励起に着目し、ポンプ光照射後の二次元拡張ハバード模型の動的スピン構造因子と静的スピン構造因子の時間変化について厳密対角化法による計算を行った。その結果、静的スピン構造因子において、ポンプ光の入射方向に平行な運動量と垂直な運動量で強度の時間変化が逆位相になる兆候が得られた。ポンプ光照射による特徴的な電子状態変化を示しているとともに、実験で容易に確認できる可能性があるので、その起源を明らかにするための計算を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2019年度実施計画では、一次元モット絶縁体の時間分解RIXSに対する厳密対角化による研究を行うとしていた。しかし、「研究実績の概要」で述べたような理由から、当初、2年目以降に予定していた二次元モット絶縁体に対する計算を前倒しで行うこととした。そのため、一次元モット絶縁体の時間分解RIXSに関する研究には遅れが生じている。また、もう一つの主題として、鉄系超伝導物質のような多軌道電子系における各種動的相関関数のポンプ光照射後の時間変化を計算するための手法を確立することを挙げていた。相互作用を平均場近似で取り扱った場合の、波動関数の時間変化については計算ができるようになって来たが、各種動的相関関数の計算手法についてはまだ完成していない。それらを勘案して、「やや遅れている」という評価となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の研究進捗に鑑み、2020年度以降は以下の３点について精力的に取り組む。
(1)、二次元系のモット絶縁体の時間分解RIXS：RIXSがスピン励起を観測するとしてポンプ光照射後の動的スピン構造因子の計算を進めてきたが、今後も継続して行うとともに、動的相関関数やスピン非反転RIXSの計算を進める。
(2) 一次元モット絶縁体の時間分解RIXS：昨年度に予定していた標記の課題を進める。一次元モット絶縁体にポンプ光を照射し、二重占有状態(ダブロン) と非占有状態(ホロン) ができたときのRIXS スペクトルの時間変化を厳密対角化法で調べる。そのスペクトルを、厳密対角化法や動的密度行列繰り込み群法による時間依存動的電荷・スピン相関関数と比較して運動量とエネルギー分解された非平衡ダイナミクスの全体像を明らかにする。
(3) 多軌道系の時間分解RIXS：昨年度は、多軌道電子系における時間依存波導関数の計算方法について検討した。今後ははその波動関数を用いて各種動的相関関数のポンプ光照射後の時間変化を計算するための手法を確立する。
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