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新奇な電荷軌道状態を持つ遷移金属化合物の電子構造と光新機能の開発

Research Project

Project/Area Number 09J07913
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

田久保 耕  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2010: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords遷移金属酸化物 / 電子状態 / 光誘起相転移 / 電子構造
Research Abstract

本研究の目的は、遷移金属化合物の示す様々な新奇物性の発現機構を解明し、軌道やスピンの自由度を生かした遷移金属化合物の新材料・新機能開発に貢献することである。
スピネル型MnV_2O_4のVサイトはパイロクア格子を形成し、格子に幾何学的フラストレーションを内包している。VイオンはV^<3+>で、t_<2g>軌道に3d^2の軌道自由度を持つ。58Kで反強磁性転移を示すが、この転移は立方晶から1軸が縮む正方晶への構造転移を伴うため、低温ではt_<2g>軌道の軌道整列が起きていると考えられている。
我々はこのMnV_2O_4の光学測定を行い、軌道整列に伴う光学スペクトルの変化について研究してきた。本年度は特にフェムト秒ポンププローブ反射率測定を用いた光誘起相転移現象のダイナミクスの測定を行った。その結果、低温相に比較的強いフェムト秒レーザーを照射すると、数ps以内に立方晶相が出現することがわかった。またその反射率の時間発展において、異なった周期(~30ps、~60ps、~200ps)をもつ3種類のコヒーレント振動が観察された。これらの振動構造はそれぞれshockwaveを起源とするもの、面に垂直方向、水平方向の光誘起によって出現したドメイン境界の移動を起源とするものと想定される。
また、バンド構造の変化を詳細に調べるため、水による自己位相変調により白色化したフェムト秒レーザーによる光学伝導度スペクトルの変化を測定した。また、VサイトにAlイオンをドープし、磁性転移は起こるが軌道整列は起こらないMn(V_<0.9>al_<0.1>)_2O_4の測定も行い、両者の比較から、この光誘起ダイナミクスにおける軌道の効果と磁性の効果について分離して議論した。その結果、光学スペクトルの変化は単純な高温相への変化ではないことがわかった。この結果は、遷移金属化合物の示す光誘起相転移について、新たな知見を切り開くものである。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (12 results) (of which Peer Reviewed: 12 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Evolution of phonon Raman spectra with orbital ordering in spinel MnV_2O_42011

    • Author(s)
      K.Takubo, R.Kubota, T.Suzuki, T.Kanzaki, S.Miyahara, N.Furukawa, T.Katsufuji
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 84 Issue: 9

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.094406

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamics of photoinduced phenomena in AV_<10>O_<15> (A=Ba, Sr)2011

    • Author(s)
      A.Nogami, K.Takubo, T.Kajita, M.Hoshino, T.Katsufuji
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 84 Issue: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.214442

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crossover behavior of the crystal structure and the relation to magnetism in perovskite RTiO_32010

    • Author(s)
      K.Takubo, M.Shimuta, J.E.Kim, K.Kato, M.Takata, T.Katsufuji
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 82

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      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Separation between Low-Energy Hole Dynamics and Spin Dynamics in a Frustrated Magnet2010

    • Author(s)
      K.Takubo, Y.Nambu, S.Nakatsuji, Y.Wakisaka, T.Sudayama, D.Fournier, G.Levy, A.Damascelli, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi, T.Mizokawa
    • Journal Title

      Phys.Rev.Lett.

      Volume: 104

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      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Band Structure of the Heavily-Electron-Doped FeAs-Based Ba(Fe,Co)_2As_2 Superconductor Suppresses Antiferromagnetic Correlations2010

    • Author(s)
      T.Sudayama, Y.Wakisaka, K.Takubo, R.Morinaga, T.Sato, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi, T.Mizokawa
    • Journal Title

      Phys.Rev.Lett.

      Volume: 104

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      2010 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Valence fluctuations and correlated metallic states in A-site ordered perovskite oxides ACu_3V_4O_<12> (A=Na, Ca, and Y)2010

    • Author(s)
      Y.Morita, T.Sudayama, K.Takubo, H.Shiraki, T.Saito, Y.Shimakawa, T.Mizokawa
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 81 Pages: 165111-104

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    • Author(s)
      T.Mizokawa, N.Takaiwa, Y.Fujiwara, T.Iida, K.Takubo, J.-Y.Son, T.Ishikawa, M.Itoh, M.Takesada
    • Journal Title

      Journal of Physical Society of Japan 79

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      2009 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Electronic structure study of triangular lattices in FeGa_2S_4, Fe_2Ga_2S_5, and NiGa_2S_4 : Photoemission spectroscopy and Hartree-Fock calculations2009

    • Author(s)
      K.Takubo, T.Mizokawa, Y.Nambu, S.Nakatsuji
    • Journal Title

      Physical Review B 79

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  • [Journal Article] Excitonic Insulator State in Ta_2NiSe_5 Probed by Photoemission Spectroscopy2009

    • Author(s)
      Y.Wakisaka, T.Sudayama, K.Takubo, T.Mizokawa, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi, N.Katayama, M.Nohara, H.Takagi
    • Journal Title

      Physical Review Letter 103

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      2009 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Bulk-sensitive photoemission study of ACu_3Ru_4O_<12>(A=Ca, Na, and La)with heavy-fermion behavior2009

    • Author(s)
      T.Sudayama, Y.Wakisaka, K.Takubo, T.Mizokawa, W.Kobayashi, I.Terasaki, S.Tanaka, Y.Maeno, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi
    • Journal Title

      Physical Review B 80

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      2009 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Metallic versus insulating behavior in the A-site ordered perovskite oxides ACu_3Co_4O_<12>(A=Ca and Y)controlled by Mott and Zhang-Rice physics2009

    • Author(s)
      T.Mizokawa, Y.Morita, T.Sudayama, K.Takubo, I.Yamada, M.Azuma, M.Takano, Y.Shimakawa
    • Journal Title

      Physical Review B 80

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      2009 Annual Research Report
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  • [Journal Article] A Neck-collapsing-type Lifshitz transition induced by orbital symmetry breaking in lightly hole doped t_<2g> bands2009

    • Author(s)
      K.Ikedo, Y.Wakisaka, S.Hirata, K.Takubo, T.Mizokawa
    • Journal Title

      Journal of Physical Society of Japan 78

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] MnV_2O_4の軌道とスピンの光誘起ダイナミクスと不純物効果2012

    • Author(s)
      田久保耕, 大西祐也, 能上絢香, 勝藤拓郎
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫県)
    • Year and Date
      2012-03-24
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 軌道整列を起こすMnV_2O_4の光誘起相転移とドメイン構造のダイナミクス2011

    • Author(s)
      田久保耕, 大西祐也, 能上絢香, 勝藤拓郎
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大(富山県)
    • Year and Date
      2011-09-21
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 多量体を形成するV酸化物のX線吸収分光2011

    • Author(s)
      K.Takubo, T.Sato, T.Ishitawa, J.Miyazaki, T.Z.Regier, A.Hasegawa, M.Okawa, T.Saitoh, H.Wadati, T.Mizokawa, T Katsufuji
    • Organizer
      PF研究会「軟X線分光・散乱測定を用いた物性研究の現状と展望」
    • Place of Presentation
      高エネルギー加速器研究所(茨城県)
    • Year and Date
      2011-09-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Photo-induced phase transition and domain dynamics of MnV2O42011

    • Author(s)
      K.Takubo, Y.Ohnishi, A.Nogami, T.Katsufuji
    • Organizer
      4-th International Conference on Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena (PIPT4)
    • Place of Presentation
      ブロツワフ・ポーランド
    • Year and Date
      2011-06-30
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  • [Presentation] ドメイン制御したMnV_2O_4の光学スペクトルと軌道整列2011

    • Author(s)
      田久保耕, 神崎達也, 梶田倫正, 窪田遼, 鈴木健士, 勝藤拓郎
    • Organizer
      日本物理学会第66回年次大会
    • Place of Presentation
      新潟大学(web発表)
    • Year and Date
      2011-03-26
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  • [Presentation] Resonant x-ray scattering of BaV_<10>O_<15>2011

    • Author(s)
      K.Takubo, T.Kanzaki, T.Kajita, H.Nakao, Y.Yamasaki, Y.Murakami, T.Katsufuji
    • Organizer
      Third APCTP workshop on multiferroics
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011-01-21
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Resonant x-ray scattering of BaV_<10>O_<15>2011

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      K.Takubo, T.Kanzaki, T.Kajita, H.Nakao, Y.Yamasaki, Y.Murakami, T.Katsufuji
    • Organizer
      International conference on frustration in condensed matter
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      Sendai International Center
    • Year and Date
      2011-01-11
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  • [Presentation] BaV_<10>O_<15>の共鳴X線散乱2010

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      田久保耕, 神崎達也, 梶田倫正, 山崎裕一, 中尾裕則, 村上洋一, 勝藤拓郎
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      大阪府立大学
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      2010-09-23
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  • [Presentation] Resonant x-ray scattering of BaV_<10>O_<15>2010

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      K.Takubo, T.Kanzaki, T.Kajita, H.Nakao, Y.Yamasaki, Y.Murakami, T.Katsufuji
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      Highly Frustrated Magnet 2010
    • Place of Presentation
      John Hopkins University(アメリカ)
    • Year and Date
      2010-08-03
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      田久保耕, 神崎達也, 梶田倫正, 窪田遼, 鈴木健士, 勝藤拓郎
    • Organizer
      日本物理学会第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学津島キャンパス
    • Year and Date
      2010-03-21
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  • [Presentation] ペロブスカイト型RTiO_3における磁性と高温格子異常2009

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      田久保耕, 紫牟田雅之, 金廷恩, 加藤健一, 高田昌樹, 勝藤拓郎
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    • Place of Presentation
      熊本大学黒髪キャンパス
    • Year and Date
      2009-09-25
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  • [Presentation] Electronic structure of spin-disordered triangular-lattice systems : NiGa_2S_4 and FeGa_2S_42009

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      K.Takubo, T.Mizokawa, Y.Nambu, S.Nakatsuji
    • Organizer
      EURO-JAPAN FRUSTRATION 2009
    • Place of Presentation
      ENS Lyon, France
    • Year and Date
      2009-05-12
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      2009 Annual Research Report

URL: 

Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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