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光と大規模数値計算で明らかにする強相関電子の隠れた状態

物性理論グループ

電子間に働くクーロン相互作用が強い系ではその量子効果と非線形性との相乗効果により新規な超伝導、磁性、誘電性、光物性が実現し、基礎物理学の視点のみならず応用的観点からも多くの注目が集まっています。特に瞬時パルス光を強相関電子系に照射することで、平衡状態では実現しない「隠れた状態」が現れることが期待されています。近年の著しい実験技術の発展に対して、多体効果、量子効果、非平衡効果をいずれも満足する形で取り入れて計算を実施することは大変困難であり、この分野の理論研究の早急な発展が望まれています。我々は大規模数値計算の解析手法を用いて強相関電子模型を解析しこれらの効果を十分取り入れることで、新しい光励起状態を見出しました [1]。通常、光の電場成分は電子に力を及ぼすことで電子の運動を促進すると考えられています。しかしながら本研究の結果、梯子型強相関電子系と呼ばれる系では光の照射により電子の運動が反対に抑制されることが明らかになりました。このような奇妙な現象は最近のポンプ・プローブ実験でも確認されており、我々の理論とよい一致が見られています。この物質はある条件下で超伝導を示すことが知られており、今回の研究はそのメカニズムを明らかにするうえでも有益な情報を与えるものと考えられます。

[1] H. Hashimoto(本グループ博士課程学生), and S. Ishihara(本グループ教授), arXiv:1511.00365, R. Fukaya, Y. Okimoto, M. Kunitomo, K. Onda, T. Ishikawa, S. Koshihara, H. Hashimoto, S. Ishihara, A. Isayama, H. Yui and T. Sasagawa Nat. Comm. 6, 8519 (2015).

fig1 fig2
図1 : 梯子型相関電子系における光照射による隠れた状態の模式図 [1]   図2 : 数値シミュレーションにより得られた光学スペクトル。
黒線と赤線はそれぞれ光照射前と照射後 [1]