Analysis of non-equilibrium dynamics using dynamic mode decomposition

使用动态模式分解分析非平衡动力学

• 批准号: 19J22017
• 负责人: 坂田 逸志
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J22017/
• 关键词: 動的モード分解; 緩和過程; 非平衡; 機械学習; 超高速分光; フーリエ解析; 非エルミート; 散逸系; 時系列; ベイズ推論; 時系列データ; 計測データ

引き続き，非平衡ダイナミクスとして超高速分光におけるコヒーレントフォノンを対象に研究をすすめた．本年度は，散逸した量子系を解析するための手段として動的モード分解（DMD）を用いた解析手法を提案した．散逸量子系は非エルミートハミルトニアンによる複素エネルギーを用いた記述が試みられており，近年注目が集まっている．なかでも，フォノンと電子運動のプラズモンとの量子結合状態は現象論的非エルミート有効ハミルトニアンが提案されている．しかしながら，計測データから結合状態の固有振動を抽出と複素エネルギーに対応するパラメータの推定が困難であった．これは抽出したい固有振動が減衰振動となるためである．従来のフーリエ解析では周波数スペクトルが減衰のために広がりモードの特定と固有値の虚部に対応する減衰率の推定が課題だった．本研究はDMDが減衰振動の和として展開できることを利用してモードの抽出を行い，モードの周波数・減衰率から複素エネルギー固有値を推定する手法を構築した．実験データで解析を行ったところ，コヒーレントフォノン信号から結合モードの抽出に成功し，入射エネルギーと結合状態の複素エネルギー固有値の関係を明らかにした．また，複素エネルギー固有値の関係が現象論的非エルミート有効ハミルトニアンで計算される値と一致することが分かった．本研究の成果を査読付き英文学術雑誌に投稿し，採択された．

我们继续研究超快光谱中的相干声子作为非平衡动力学。今年，我们提出了一种使用动态模式分解（DMD）作为分析消散量子系统的手段的分析方法。耗散的量子系统已试图描述非铁矿汉密尔顿人的复杂能量，近年来，注意力引起了人们的关注。其中，已经提出了现象学上的非热矿有效哈密顿量为电子运动的声子和等离子之间的量子耦合状态。但是，很难从测量数据中提取耦合状态的自然振动并估计与复杂能量相对应的参数。这是因为您要提取的自然振动会变成阻尼的振动。在常规的傅立叶分析中，挑战是确定宽扩展模式并估计与特征值假想部分相对应的衰减率，因为频谱已减弱。这项研究使用这样一个事实，即DMD可以作为阻尼振荡的总和来提取模式，并构建了一种从模式的频率和阻尼速率估算复杂能量特征值的方法。当我们分析实验数据时，我们成功地从相干的声子信号中提取了耦合模式，从而揭示了入射能与耦合状态的复杂能量特征值之间的关系。还发现，复杂能特征值之间的关系与现象学非硬铁矿有效哈密顿式计算的值匹配。这项研究的结果已提交给同行评审的英语文学杂志，并被选中。

项目成果

Normal mode analysis of a relaxation process with Bayesian inference

使用贝叶斯推理对松弛过程进行正则模式分析

• DOI: 10.1080/14686996.2020.1713703
• 发表时间: 2020
• 期刊: Science and Technology of Advanced Materials
• 影响因子: 5.5
• 作者: Sakata Itsushi;Nagano Yoshihiro;Igarashi Yasuhiko;Murata Shin;Mizoguchi Kohji;Akai Ichiro,Okada Masato
• 通讯作者: Akai Ichiro,Okada Masato