Establishment of strong light field photoscience in solids and application to materials science

固体强光场光科学的建立及其在材料科学中的应用

• 批准号: 21H05017
• 负责人: 田中 耕一郎
• 金额: $ 121.8万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05017/
• 关键词: 高次高調波発生; 高強度場物理; 非線形光学; 超高速現象; 原子層薄膜; 極端非線形光学; 赤外非線形分光; 原子層物質; 強相関電子系

通常の半導体とは異なる高次高調波発生が観測されたモット絶縁体や電荷秩序絶縁体に関して高次高調波の研究を実験、理論の両面から行なった。典型的なモット絶縁体Ca2RuO4のギャップエネルギーが室温から低温にすることで2倍以上増大することを利用して、モット絶縁体における高次高調波発生のギャップエネルギー依存性を調べた。モット絶縁体Ca2RuO4では高次高調波強度が低温で室温と比べて最大で数百倍増大するという顕著な変化が生じることが分かった。励起中赤外光エネルギーを変えた実験も組み合わせることで、高調波の温度依存性がギャップと高調波放射エネルギーのみに依存したシンプルな経験則に従うことが分かった。上述のCa2RuO4のギャップ増大に伴う指数的な高次高調波強度の増大という特異な振る舞いを説明するべく、強相関電子系の標準模型であるHubbard模型の理論解析を行った。この系では低温で反強磁性秩序が発達し、ギャップが増大する。解析の結果、Ca2RuO4と同様の振る舞いが再現できた。この特性の起源は、強いスピンと電荷の結合であることがわかった。即ち、空間次元2以上の系では電荷運動に伴う強いスピン・電荷結合が発達し、高調波発生の起源であるダブロン・ホロンペアのコヒーレンスに強い温度依存性をもたらす。我々の理論は、同様の現象が次元性の高い幅広い強相関系で発現することを示唆し、強相関電子系特有の異なる自由度間の強い相関が高次高調波発生の特異な振る舞いをもたらすことを明示している。理論のさらなる発展にHubbard模型を超えた幅広い模型での解析を開始した。さらに、フロッケ描像のもとでのダイナミクスを調べるための実験を行うとともに、そのサブサイクル内のダイナミクスを明らかにするための新たな分光法を提案し、予想通りのダイナミクスが起きていることを明らかにした。

General semiconductor high-order high-frequency wave generation, measurement, dielectric charge order, research, theory and application A typical insulator Ca2RuO4 has a high degree of dependence on temperature, room temperature, and low temperature. The intensity of high order high frequency waves in Ca2 RuO4 is hundreds of times higher than that in room temperature. The temperature dependence of high frequency wave radiation is very important. The increase of Ca2RuO4 is accompanied by the increase of high-order high-frequency wave intensity and the increase of special vibration. The standard model of strongly correlated electron system is analyzed theoretically. The antiferromagnetic order of this system develops and increases at low temperatures. The analysis results, Ca2 RuO4 and the same vibration dance in the middle of the reproduction. The origin of this characteristic is strong and the combination of electric charge is strong. That is, the system of space dimension 2 and above has strong temperature dependence on charge motion, charge combination and generation, and high frequency wave generation. Our theory shows that the phenomena of high order and high amplitude of high order and strong phase relations occur in high order and strong correlation electron systems. The Hubbard model was developed and analyzed. In addition, the new method of spectroscopy is proposed to improve the quality of the image and improve the quality of the image.

项目成果

Doping and gap size dependence of high-harmonic generation in graphene: Importance of consistent formulation of light-matter coupling

• DOI: 10.1103/physrevb.106.035204
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Y. Murakami;M. Schüler

単層WSe2におけるフロッケ状態形成による励起子分極の生成

单层 WSe2 中 Flocke 态形成产生激子极化

• 发表时间: 2022
• 作者: 内田健人;草場哲;永井恒平;田中耕一郎
• 通讯作者: 田中耕一郎

励起子凝縮に由来する強誘電体の集団励起と非線形応答

激子凝聚铁电体的集体激励和非线性响应

• 发表时间: 2021
• 作者: 村上 雄太;金子竜也;Denis Golez;Zhiyuan Sun;Andy Millis
• 通讯作者: Andy Millis

Control of high harmonic generation in single-walled carbon nanotubes from non-perturbative to perturbative region by tuning Fermi level

通过调节费米能级控制单壁碳纳米管从非微扰区到微扰区的高次谐波产生

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Nishidome;M. Omoto;K. Nagai;K. Uchida;Y. Murakami;K. Kawahara;J. Eda;H. Okubo;Y. Yomogida;H. Ago;K. Tanaka;K. Yanagi
• 通讯作者: K. Yanagi

Comparison of gate-tuned high-harmonic generation between metallic single-walled carbon nanotubes and graphene

金属单壁碳纳米管与石墨烯门控高次谐波产生的比较

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Nishidome;K. Nagai;K. Uchida;K. Kawahara;J. Eda;H. Okubo;Y. Yomogida;H. Ago;K. Tanaka;K. Yanagi
• 通讯作者: K. Yanagi