[論文レビュー] Electronic Squeezing of Pumped Phonons: Negative U and Transient Superconductivity

Dante M. Kennes, Eli Y. Wilner+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2016

Electronic and Structural Properties of Oxides被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、レーザー誘発フォノン励起が電子的につぶし（squeeze）ることで、電子密度に依存する結合を通じて電子-電子引力的相互作用を生成し得ることを提案している。このメカニズムにより、裸の電子-フォノン結合が反発的であっても一時的な超伝導性が誘発され、光励起による量子材料内の電子的相の制御に普遍的な道筋を提供する。

ABSTRACT

Advances in light sources and time resolved spectroscopy have made it possible to excite specific atomic vibrations in solids and to observe the resulting changes in electronic properties but the mechanism by which phonon excitation causes qualitative changes in electronic properties has remained unclear. Here we show that the dominant symmetry-allowed coupling between electron density and dipole active modes implies an electron density-dependent squeezing of the phonon state which provides an attractive contribution to the electron-electron interaction, independent of the sign of the bare electron-phonon coupling and with a magnitude proportional to the degree of laser-induced phonon excitation. Reasonable excitation amplitudes lead to non-negligible attractive interactions that may cause significant transient changes in electronic properties including superconductivity. The mechanism is generically applicable to a wide range of systems, offering a promising route to manipulating and controlling electronic phase behavior in novel materials.

研究の動機と目的

• フォノン励起が電子的性質に顕著な変化を引き起こすメカニズムを明らかにすること。
• 裸の結合の符号に依存せず引力的相互作用を生成する対称性に許された電子-フォノン結合を同定すること。
• 顕著なフォノン励起が非無視可能な引力的電子-電子相互作用を生じることを示すこと。
• 固体内の電子的相転移の光的制御のための一般的な枠組みを確立すること。

提案手法

• 電子密度と双極子活性フォノンモードの間の主要な対称性に許された結合を分析すること。
• 量子場理論の形式を用いて、フォノン状態の電子密度に依存するつぶしを導出すること。
• このつぶしが電子-電子相互作用ハミルトニアンに引力的相互作用項を寄与させることを示すこと。
• 有効な引力的相互作用の大きさが、レーザー誘発フォノン振幅に比例することを計算すること。
• 形式を用いて現実の材料における一時的超伝導行動を予測すること。
• このメカニズムが、電子-フォノン結合の符号が異なる多様な系にわたって普遍的に適用可能であることを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 裸の電子-フォノン結合が反発的であっても、フォノン励起が電子的性質に顕著な変化を引き起こすメカニズムは何か？
• RQ2 電子密度がフォノンのつぶしと有効な電子-電子引力の媒介に果たす役割は何か？
• RQ3 事前に存在する電子対形成機構がなくても、フォノン励起のみで非無視可能な引力的相互作用が生じ得るか？
• RQ4 このメカニズムが、広範な材料群においてどれほど一時的超伝導性を誘発できるか？

主な発見

• 電子密度に依存するフォノンのつぶしは、裸の電子-フォノン結合が反発的であっても、引力的電子-電子相互作用を生成する。
• 有効な引力的相互作用の強さは、レーザー誘発フォノン振幅に線形に比例する。
• 現実的な励起振幅では、顕著な引力的相互作用が生じ、一時的超伝導状態を駆動できる。
• このメカニズムは対称性に許され、双極子活性フォノンを有する広範な材料に普遍的に適用可能である。
• 裸の電子-フォノン結合の符号に依存せず生じるため、頑健で広く関連性のあるものである。