散逸と駆動の下にある量子多体系の理論的記述と応用

耗散驱动下量子多体系统的理论描述与应用

• 批准号: 21K13852
• 负责人: 池田 達彦
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2022)The University of Tokyo (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13852/
• 关键词: 周期駆動系; 高強度レーザー; フロケ状態; 量子多体系; 開放量子系; 非平衡定常状態; 量子スピン系; 周期駆動; 散逸

本年度は、現実の固体物質に高強度レーザーを照射した際に形成され運動するフロケ状態について理論的に研究を行なった。フロケ状態は完全に周期的で永続する外場のもとでかつ散逸が全くない理想的な場合には見通しの良い理論が存在する。しかし、実験で用いられるパルスレーザーは時間的周期性を完全には持たず、また固体中の電子の運動は散逸の影響を受けるため、フロケ状態のダイナミクスをどのように解釈・測定するかは十分に理解されていない。本年度の研究内容の１つとして、パルスレーザー中のフロケ状態のダイナミクス、特にそのLaudau-Zener型状態遷移の定量的理論を構築した。幅の広いパルスレーザー中のダイナミクスは、パルス包絡線に沿ったフロケ状態の断熱遷移とみなせるが、２つの擬エネルギーが近付き準位反発を起こす近傍においては非自明な状態混合が起こる。この混合を定量的に正しく記述する転送行列を構築し、これによりパルスレーザー中の複雑なダイナミクスをフロケ状態を基準に定量的に正しく把握することが可能になった。研究内容の２つ目は、このようなフロケ状態の断熱的・非断熱的ダイナミクスの固体物質における観測である。基底状態と励起子準位が実効的な２準位系をなすWSe2において、中赤外パルスレーザーによる高調波測定が行われ、励起子準位のブロードニングなど通常と異なる特徴が見出された。これはパルス包絡線に沿って時間的変化するフロケ準位として解釈できることが示された。間接的な証拠ではあるが、固体物質中で形成され運動するフロケ状態の痕跡を捉えた先駆的で重要な成果と言える。研究内容の３つ目は、ディラック半金属候補物質Cd3As2の中赤外パルスレーザー照射中に生じる非平衡電気伝導度の分散型変化である。現象論的な散逸を考慮に入れた微視的モデルによる解析を行い、フロケ理論に基づく解釈を与えた。

今年，我们对弗罗沙特州进行了一项理论研究，该研究形成并在用高强度激光照射实际实体材料时形成和移动。在理想情况下，絮凝状态是完全周期性和永久外部场，并且没有耗散的理想理论。但是，由于实验中使用的脉冲激光器没有完美的时间周期性，并且固体中电子的运动受耗散的影响，因此尚未完全理解如何解释和测量FROQUET状态的动力学。今年的研究主题之一是构建脉冲激光器絮凝状态动力学的定量理论，尤其是其Laudau-Zener型状态过渡。宽脉冲激光器中的动力学可以被视为沿脉冲包膜的弗洛伊特状态的绝热跃迁，但是非平凡的状态混合发生在两个伪内能的附近，这些假烯能接近并产生水平排斥。构建了转移矩阵以定量地正确描述这种混合，这使得根据絮凝状态定量地正确掌握了脉冲激光器中的复杂动力学。该研究的第二部分是在固体材料中这种FROQUET条件下的绝热和非绝热动态的观察。在WSE2中，具有有效的两级系统，其中基态和激子水平有效，使用中红外脉冲激光器进行了谐波测量，并发现了诸如宽阔的激子水平的特征。已经表明，这可以解释为沿脉冲信封随时间变化的弗洛克水平。尽管这是间接的证据，但可以说这是捕获形成和移动固体材料的捕获条件的痕迹的开创性和重要结果。该研究的第三部分是在中红外脉冲激光辐照中发生的非平衡电导率的分散型变化。考虑了现象学耗散，使用微观模型进行了分析，并基于Floquet理论给出了解释。

项目成果

フロケ・エンジニアリング ―有効ハミルトニアンから時間結晶まで―

Floquet Engineering - 从有效的哈密顿量到时间晶体 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 池田達彦

トロッター分解と量子多体ダイナミクス

Trotter 分解和量子多体动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: Ikeda Tatsuhiko;Chinzei Koki;Sato Masahiro;池田達彦
• 通讯作者: 池田達彦

Analytical WKB theory for high-harmonic generation and its application to massive Dirac electrons

高次谐波产生的解析WKB理论及其在大质量狄拉克电子中的应用

• DOI: 10.1103/physrevb.104.l140305
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Taya Hidetoshi;Hongo Masaru;Ikeda Tatsuhiko N.
• 通讯作者: Ikeda Tatsuhiko N.

周期駆動された散逸量子系の多彩な非平衡定常状態 －高周波展開による解析－

周期性驱动耗散量子系统的各种非平衡稳态-高频展开分析-

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田達彦;鎮西弘毅;佐藤正寛
• 通讯作者: 佐藤正寛

Floquet ground state in periodically-driven many-body quantum systems

周期性驱动多体量子系统中的Floquet基态

• 发表时间: 2022
• 作者: Tatsuhiko N. Ikeda