Optimal control simulation of ultrafast coherent dynamics of ferroic systems

点击翻译按钮获取中文摘要

非共鳴レーザーパルスを使った操作は，物質に吸収されるエネルギーを必要最小限に抑えることができるので，強秩序系のような凝縮相では有力な量子制御法である。構造変化を誘起するモードに関して，昨年度，非共鳴レーザーパルスが非調和性による振動波束の広がり（位相緩和）を高確率で抑制できることを報告した。非共鳴レーザーパルスは包絡線関数を通してのみ物質と相互作用するため，物質の波動関数の位相の制御は限定的であると考えられていたが，本研究は従来の予測を超えた制御の可能性を示唆している。そこで，2022年度は非共鳴レーザーパルスを使った振動モードの量子制御の可能性に関して，最適制御法とヨウ素分子モデル系を使っ徹底的に明らかにすることを目指した。まず，２通りの照射タイミングからなるパルス列により，エネルギー分解に必要な時間よりも短い時間で高確率で選択的分布制御が達成できることを明らかにした。波束整形制御（分布と相対位相の同時制御）においては，パルス照射タイミングと自由時間発展による位相変化との組み合わせを最適解として導けて。波束の位相緩和の抑制の一般化に関しては，波束の初期相対位相のズレがそれほど大きくない場合，ほぼ100％の達成度で位相緩和が抑制できることを数値的およびモデル解析式で明らかにした。現在，論文を作成中である。強磁性体のコヒーレントなスピン反転制御に関しては，「反転できなかった」という最新の実験報告に対して最適制御法に基づき解析・拡張を試みた。スピンダイナミクスを精緻に測定できることから，タイヤモンド窒素空孔（NV）中心を想定しデコヒーレンスの大きさを系統的に変えながらシミュレーションを行った。その結果，コヒーレントなスピン反転が難しくなる原因を，デコヒーレンスに伴う系の純粋度の減少と解明できた（成果を論文に発表した）。新規に，エネルギー指定の最適化の開発にも成功した。