散逸と駆動の下にある量子多体系の理論的記述と応用

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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。