Coherent phonon generation in time-dependent density functional theory

時間依存密度汎関数法によるコヒーレントフォノン発生機構の計算

篠原 康*; 矢花 一浩*; 川下 洋輔*; 岩田 潤一*; 乙部 智仁; Bertsch, G. F.*

Shinohara, Yasushi*; Yabana, Kazuhiro*; Kawashita, Yosuke*; Iwata, Junichi*; Otobe, Tomohito; Bertsch, G. F.*

時間依存密度汎関数法(TDDFT)を強レーザー場によるシリコンでのコヒーレントフォノン発生の記述に適応した。われわれの計算は以下のような主な実験的事実を再現した。(1)偏光方向依存性,(2)レーザーの振動数が直接ギャップ以上になった場合のフォノンの増強,(3)振動数をバンドギャップ以下から以上になるときの位相の変化。TDDFTはラマン散乱と電子励起という二つのフォノン励起機構の違いを再現することを明らかにした。計算により得られたフォノン振動の位相は実験結果と定性的に一致した。さらにレーザーの振動数がバンドギャップより遥かに高くなると既存のモデル計算では現れない現象がある可能性を示唆した。

We apply the adiabatic time-dependent density functional theory (TDDFT) to the generation of coherent optical phonons in Si crystals by intense laser pulses. The theory reproduces the main phenomena observed experimentally: dependence on polarization, strong growth at the direct band gap, and the change in phase from below to above the band gap. Both show that two mechanisms invoked in phenomenological theory, namely, impulsively stimulated Raman scattering and displacive excitation, are present in the TDDFT. The calculated phase of the coherent phonon is in qualitative agreement with experiment and with phenomenological modeling in the vicinity of the direct band gap. At higher laser frequencies, the TDDFT predicts additional structure not present in the modeling.