磁化・スピン流・秩序状態のレーザー制御についての理論佐藤正寛国立研究開発法人日本原子力研究開発機構先端基礎研究センタースピン・エネルギー変換材料科学研究グループ Theory of laser controlling magnetizations, spin currents and orders Masahiro Sato Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency, Tokai 319-1195 ERATO, Japan Science and Technology Agency, Sendai 980-8577, Japan 近年、量子多体系における振動外場(レーザーや超音波)が誘起する非平衡現象の研究が活発に行われている。特にレーザー及び光物性科学の進展は目覚ましく、凝縮系にレーザーを照射することで多様な非平衡状態が実現可能になりつつある。理論面でも非平衡量子系の研究は進展を続けており、例えば、周期外場中の非平衡量子系がフロケの定理を介して馴染みのある平衡量子系の問題に還元されることが広く認識されつつある。このような状況において、我々は量子多体系(特に磁性体や固体電子系)でレーザーにより生み出される新しい現象の理論的探索を行っている。その結果、(1)広いクラスの量子磁性絶縁体において静磁場なしで円偏光レーザーにより磁化過程を実現する方法の提案[1](図 1)、(2)スピンカイラリティと電気分極が結合する標準的なマルチフェロイック磁性体における(楕)円偏光レーザーによるジャロシンスキー・守谷(DM)相互作用の制御方法の提案[2](図 2)、(3)スピン軌道相互作用が強いモット絶縁体の有効模型であるキタエフ・ハニカム模型における(楕)円偏光レーザー誘起トポロジカル・スピン液体の理論の構築[3](図 3)、という 3 つの成果を挙げている。講演では、これらの成果について、本質的に重要な部分を抽出し、時間の許す範囲で分かりやすく説明する予定である。特に円偏光光源により豊かな非平衡状態が生成可能であることを強調したい。 [1] S. Takayoshi, M. Sato, and T. Oka, Phys. Rev. B90, 214413 (2014). [2] M. Sato, S. Takayoshi, and T. Oka, in preparation. [3] M. Sato, and Y. Sasaki, and T. Oka, arXiv:1404.2010. 図 1：(左)円偏光レーザーを照射された量子磁性体。(右)ある量子スピン模型におけるレーザー誘起磁化曲線：磁化(縦) vs レーザー照射時間(横)。図 2：円偏光レーザー中のマルチフェロイクス系(2 スピン)の概念図。 2 スピン間で定義される電気分極自由度 P がレーザー電場と結合する。図 3：円偏光レーザー中のキタエフ・ハニカム模型。レーザーにより系の端にギャップレスのマヨラナフェルミオン流が流れる。