高強度テラヘルツ波による遷移金属ダイカルコゲナイドの秩序変数操作と動的電子相制御
【研究キーワード】
テラヘルツ波 / 電荷密度波 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 2次元物質 / 超高速分光 / テラヘルツ分光 / 超伝導
【研究成果の概要】
2021年度は、超伝導と電荷密度波(CDW)を示す遷移金属ダイカルコゲナイド3R-TaSe2薄膜について、高強度テラヘルツ波によるCDWの抑制の機構を調べた。これまでに観測されたCDWの振幅モード励起による動的相転移は、熱平衡状態で発達しているCDW秩序の抑制を伴うと考えており、その実証を行ってメカニズムを明らかにするためである。この目的のために、励起に用いるテラヘルツ波を高強度化し、CDW振幅モードのダイナミクスのテラヘルツ電場強度依存性を詳細に調べた。
まず、テラヘルツ弱励起下では周波数2.3 THzのCDW振幅モードの振動が明瞭に観測された。これはギンツブルグーランダウ(GL)方程式に従うポテンシャルの極小点付近での系の秩序変数の振動が、テラヘルツ電場によって駆動されたものと考えられ、実際に単純なGLポテンシャルと駆動力を仮定した運動方程式でよく実験結果を再現できることがわかった。次に、励起テラヘルツ波の電場強度を強くしていくと、振幅モードの振動が動的にソフト化(低周波数化)する様子が観測された。これは振幅モードの駆動に伴ってCDW秩序が部分的に抑制され、GLポテンシャルが浅くなったことに由来すると考えると理解できる。さらに強励起にするとCDW秩序の抑制がより顕著になり、完全に抑制されることでもはやCDW振幅モードの振動が明瞭に観測されず、金属相での振る舞いに近づくことがわかった。
高強度テラヘルツ波励起によるCDW秩序の抑制は、振幅モードのソフト化が起こる励起強度から急激に進み、その際誘起されるCDW振幅モードの振幅(結晶格子の変位に相当)は一定値より大きくならないことが明らかになった。これは他の1次元CDW系で報告のある弾性限界の存在を示唆していると考えている。
【研究代表者】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2021-04-01 - 2023-03-31
【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)