2021 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, 技師 (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 (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。世界的な研究の流れに対応する形で、2019年度に着手した二次元モット絶縁体に対するRIXSスペクトルの研究を継続した。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造因子の時間変化を時間依存密度行列繰り込み群法を用いて「富岳」で行った。2019年度に実施した厳密対角化よりも大きなシステムサイズでの計算に成功した。ただし、ポンプ光のエネルギー領域は実吸収が起こらない範囲にとどまった。これは計算時間の制限のため密度行列繰り込み群法で採用する状態数に対して上限があるためである。しかし、計算可能な範囲では厳密対角化と同様な結果が得られた。これは、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という我々の見出した現象が、サイズ効果には寄らないものであることを示している。一次元モット絶縁体のポンプ光照射後のスピン構造因子には特徴的な振動は現れないことが分かった。また、ポンプ光照射後にマグノン励起よりも低エネルギー側に現れる新規状態の解明に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画では、一次元モット絶縁体の時間分解RIXSに対する研究を先に行うとしていたが、国際的な研究の流れから、最初に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。二次元モット絶縁体に対する重要な成果は得られたが、遅れていた一次元モット絶縁体に関する研究では特徴的な結果が得られなかった。もう一つの主題として、多軌道電子系における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るが、時間依存動的相関関数の計算は予定よりも遅れている。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 |
これまでの研究の発展と、新しい時間分解ラマン散乱に関する成果を得るため今後は以下の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磁気ラマン散乱：2マグノンを励起可能な時間分解ラマン散乱実験が進展している。時間分解RIXSは1マグノン励起を観測するが、2マグノンラマン散乱は2マグノンを励起するという意味で相補的な関係にある。ポンプ光照射後にマグノン励起よりも低エネルギー側に現れる新規状態の起源を解決する。
(2) 梯子型モット絶縁体の時間分解RIXS：梯子型モット絶縁体にポンプ光を照射したときの動的・静的スピン構造因子の時間変化を時間依存密度行列繰り込み群で調べる。特徴的な振動が得られなかった一次元モット絶縁体との違いを明らかにする。
(3) 多軌道系の時間分解RIXS：引き続き、これまで進めてきた多軌道電子系における時間依存波導関数の計算から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・応用する。
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