流体力学的手法を用いた強相関系特有の非線形-非平衡現象の解明

使用流体动力学方法阐明强相关系统特有的非线性和非平衡现象

基本信息

批准号：
20J22612
负责人：
兎子尾理貴
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22612/
关键词：
電子流体力学非線形ホール効果プラズモニクステラヘルツ波検出器空間反転対称性の破れプラズモン共鳴ベリー曲率リザバー計算機流体力学異常輸送現象非相反性プラズモン異常Hall系強相関電子系結晶対称性異常ホール系

项目摘要

本年度の研究では、これまでに定式化した電子流体力学のフレームワークを活用することによって、量子幾何学的な輸送応答と表面プラズモンとの相関効果について詳しい解析を行った。より具体的には、プラズモン共鳴と周期プラズモニック構造に伴う近接場効果によって、量子非線形ホール効果が非常に広い周波数領域に渡って劇的に増強されることを理論的に明らかにした。この量子非線形ホール効果と呼ばれる現象は近年、次世代テラヘルツ波検出器やエネルギーハーベスティングなどへの産業応用が期待されており、本成果はこれらのアプリケーション開発に向けた重要な一歩となりうる。さらに、我々はより一般的な状況下において、Berry曲率双極子由来の光電流と光吸収エネルギーとの間に、ある種の普遍的な関係式が成り立つことを明らかにした。これにより、どのようなデバイス構造において非線形ホール電流が増強されるかが明らかになり、量子非線形ホール効果に基づく光電デバイスに対する明確な設計指針を与えることが可能となった。以上の成果は国際論文誌Physical Review B (Letter) にて出版済みである。今後は量子非線形ホール効果を応用した次世代テラヘルツ波検出器の開発に向けて、より現実的なプラズモニックアンテナ構造の理論提案に取り組んでいきたい。また、昨年度から取り組んでいる「リザバー計算機」に関する研究では、新たにフィードバック型リカレントニューラルネットワークを用いた時系列予測に関する追加計算を行った。これらの成果は国際論文誌Physical Review E にて出版済みである。

在今年的研究中，我们利用迄今为止制定的电流体动力学框架，对量子几何输运响应与表面等离子体激元之间的相关性进行了详细分析。更具体地说，我们从理论上证明，通过等离子体共振和与周期性等离子体结构相关的近场效应，量子非线性霍尔效应在极宽的频率范围内得到显着增强。这种被称为量子非线性霍尔效应的现象最近有望在下一代太赫兹波探测器和能量收集中具有工业应用，这一结果可能是这些应用发展的重要一步。此外，我们还阐明，在更一般的情况下，贝里曲率偶极子导出的光电流与光吸收能量之间存在某种普遍的关系式。这明确了什么样的器件结构可以增强非线性霍尔电流，从而为基于量子非线性霍尔效应的光电器件提供明确的设计指南。上述成果已发表在国际期刊Physical Review B (Letter)上。未来，我希望研究更现实的等离子体天线结构的理论建议，以开发应用量子非线性霍尔效应的下一代太赫兹波探测器。此外，在我们从去年开始研究的“水库计算机”的研究中，我们使用新的反馈型循环神经网络进行了与时间序列预测相关的额外计算。这些成果发表在国际期刊Physical Review E上。