【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】16K17721 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光誘起相転移 / 超高速現象 / ポンプ―プローブ測定 / 強相関電子系 / ポンプープローブ測定 / 光物性 / 光誘起創転移

【研究成果の概要】

本研究では、自作した非同軸オプティカルパラメトリックアンプから発生させた超短パルス光を利用した高時間分解能のポンプ―プローブ分光測定を行うことで、強相関電子系であるモット絶縁体や有機電荷移動錯体における光励起後の電子ダイナミクスを解明した。特に、二次元モット絶縁体であるNd2CuO4において、磁気ポーラロンの生成や2マグノン励起に関わるコヒーレント振動といった電荷・スピンダイナミクスを実時間観測することに成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】15H06130 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / 光誘起相転移 / 超高速現象 / モット絶縁体

【研究成果の概要】

強相関系物質では、光誘起絶縁体―金属転移をはじめとして高効率・超高速の光誘起相転移現象が見出されており、将来の光スイッチングデバイスへの応用が期待されている。学術的にも、光物性や非平衡物理の新しいトピックスとして、近年盛んに研究されている。しかし、通常汎用的に使われている100fsクラスのレーザーを用いた過渡分光では光誘起相転移現象において最も重要な光励起直後の電子系の変化を捉えることはできず、より高い時間分解能の過渡分光測定が求められている。本研究では、非同軸オプティカルパラメトリックアンプ（NOPA）を自作して、それを利用したポンプ―プローブ分光を行うことで、強相関系の光誘起相転移における電子ダイナミクスを解明することを目的とした。
自作したNOPAのシグナル光のチャープをチャープミラー対と石英板を利用して補正することで、7fsの時間幅を持つ可視超短パルス光を得ることに成功した。このパルス光を利用した時間分解能10 fsのポンプ―プローブ分光を行うことによって、二次元モット絶縁体である銅酸化物Nd2CuO4の光キャリアダイナミクスの初期過程を調べた。
その結果、約18fsの時間スケールで光キャリアが磁気ポーラロンへと変化することが明らかとなった。また、反射率変化には、マグノンに対応するようなコヒーレント振動が観測された。これは、光キャリアの緩和にはマグノンが重要な役割を果たしていることを意味する。さらに、励起光子密度を増大させると金属状態が生成するが、その緩和時間が10fs～40fsであることが分かった。励起光子密度を大きくすると緩和時間が速くなることから、金属状態の緩和はオージェ再結合によるものであると結論づけた。このように、10fsのポンプ―プローブ分光を行うことで、二次元モット絶縁体の光キャリアダイナミクスの初期過程を明らかにしたことが、本研究の成果である。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2015-08-28 - 2016-03-31

【配分額】1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】23686013 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 応用光学・量子光工学 / 超高速現象 / 光物性

【研究成果の概要】

赤外光は分子振動運動を共鳴的かつ選択的に駆動するツールとして優れる。本研究では、中赤外超短パルスとその波形整形技術を利用して分子の運動そして反応を駆動する技術の開発を目指した。その結果、(1)中赤外光の波形整形によって分子振動の大振幅化が可能であることを理論・実験両面から明らかにし、(2)大振幅振動を実現する最適波形を理論的に設計し、さらに(3)振動遷移における量子力学的な経路間干渉の操作に成功した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】27,560千円 (直接経費: 21,200千円、間接経費: 6,360千円)