統計物理メーリングリストの皆様
今年度第一回目の「京」物性セミナーのお知らせです。
奮ってご参加ください。
藤堂眞治
東大理
---
「京」物性セミナー https://sites.google.com/site/kcmpseminar/
平成26年度 第1回セミナー
・日時：2014年4月23日(水) 16:00-17:30
・場所：理化学研究所 計算科学研究機構 1F R104-2会議室
・講師：佐藤正寛 Masahiro Sato (青学大 Aoyama Gakuin Univ.)
・タイトル：相関量子多体系におけるレーザー誘起非平衡現象についての理論
-レーザーによる磁化とカイラリティの制御とキタエフ・ハニカム格子模型
におけるレーザー誘起トポロジカルマヨラナ液体相-
Theoretical study of laser-driven nonequilibrium phenomena in quantum
many-body systems)
・アブストラクト：
近年、量子多体系における非平衡定常状態の理論研究が進展している。
この活性化の主要な要因として、フロケの定理を用いることで非平衡定
常の問題がお馴染みの平衡系の問題に帰着することが広く認識されるよ
うになった、ということが挙げられる。実験においては、レーザーを物
質に照射することで非平衡状態が実現可能になりつつある。例えば、円
偏光レーザーをDirac分散を持つ2次元格子電子系に照射するとトポロジ
カル絶縁相が現れることが理論的に予言され[1]、さらにそれを示唆する
実験結果もごく最近報告され[2]、レーザーが誘起する新現象が注目を集
めている。
ところで、相互作用のない電子系以外の量子多体系においても、レーザ
ーが誘起する非自明な現象は期待できるだろう。そこで我々は、単純で
現実的な強相関系である量子磁性体やマルチフェロイック物質にレーザー
を照射した系を理論的に考察した。その結果、以下の3つの予言を得てい
る。(1)一般の量子磁性体(量子スピン系)に振動数が徐々に増加する(チャ
ーピングされた)円偏光レーザーを照射すると、静磁場なしで、平衡系磁
化過程とほぼ同じ磁化曲線を再現できる[3]。(2)スピンカイラリティと電
気分極が結合するマルチフェロイック物質に適当な方向から(楕)円偏光レ
ーザーを照射すると、有効的に新しいジャロシンスキー守谷相互作用を系
に誘導することができる[4]。(3)ハニカム格子キタエフ模型において、交
換相互作用と電気分極が結合する電気磁気結合が存在するとき、(楕)円偏
光レーザーを照射すると、gaplessマヨラナエッジ状態をもつトポロジカル
スピン液体相が誘導される[5]。
以上の理論結果について詳しく説明する予定である。
Recently, the theoretical study for nonequilibrium steady states in
quantum systems has been accelerated. This is mainly because it becomes
widely recognized that a nonequilibrium steady system can be reduced
to an effective static system by using Floquet theory. Through the
mapping, we can apply various theoretical techniques for static systems.
In the experimental side, the laser science of manipulating quantum
states is rapidly developed and it gradually becomes possible to
realize various nonequilibrium states by using laser. In a recent
theoretical study [1], it was shown that when a circularly polarized
laser is applied to a two-dimensional Dirac electron system, a
topological insulating state emerges. Very recently, its experimental
signature has been reported [2].
From these results, it is expected that laser has a high potential
generating novel nonequilibrium phenomena even in other quantum many-
body systems. Motivated by this naive expectation, we focus on quantum
magnets and multiferroics as simple but realistic correlated many-body
systems, and theoretically consider effects of laser in these systems. As a
result, we obtain the following three predictions: (1) When we apply a
circularly polarized laser to general quantum spin systems with chirping
the laser, their static magnetization curves can be reproduced without any
static magnetic field [3]. (2) When an elliptically polarized laser is applied
to a quantum multiferroics with an antisymmetric magneto-striction coupling,
a new static Dzyaloshinskii-Moriya interaction appears in the multiferroic
system [4]. (3) When an elliptically polarized laser is applied to the Kitaev
honeycomb lattice model with a magneto-striction type magnetoelectric
coupling, a laser-driven topological spin liquid state with a gapless Majorana
edge mode and gapped non-Abelian anyon excitations generally occurs.
In the seminar, I would like to explain the details of these theoretical results.
[1] T. Oka and H. Aoki, Phys. Rev. B 79, 081406(R) (2009);
T. Kitagawa, T. Oka, A. Brataas, L. Fu, and E. Demler, Phys. Rev. B 84,
235108 (2011).
[2] Y. H. Wang, H. Steinberg, P. Jarillo-Herrero, and N. Gedik, Science 342, 453 (2013).
[3] S. Takayoshi, M. Sato, and T. Oka, arXiv1402.0811.
[4] M. Sato, S. Takayoshi, and T. Oka, in preparation.
[5] M. Sato, and Y. Sasaki, and T. Oka, arXiv:1404.