相変化記録膜材料におけるコヒーレントフォノン誘起相変化に関する研究

• Project/Area Number: 11J02384
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 牧野 孝太郎 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: コヒーレントフォノン / 相変化記録 / 相変化 / フェムト秒 / 光記録

Research Abstract

前年度までの研究では超格子Ge-Te-Sb(GST)に対してdisorder相からorder相への超高速相変化手法の開発を行い、そのダイナミクスを観測してきた。しかし、この逆過程の誘起には成功していない。一般に結晶化に比ベアモルファス化にはより大きなエネルギーが必要とされることから、逆過程の実現にはさらに強い励起強度が必要であると考えられる。我々はさらに大きなフルエンスを用いてコヒーレントフォノン分光を行い、励起密度を高めた場合の基礎的な知識を得るため、フェムト秒再生増幅アンプシステムを用いた計測を行った。コヒーレントフォノン分光には反射型ポンプープローブ法を用い、時間分解の反射率変化を測定することによりコヒーレントフォノンの時間発展を測定した。ポンプ光の励起密度は0.67～2.67mJ/cm^2の範囲で変化させ、コヒーレントフォノンの励起強度依存性を調べた。
得られた結果を、すでに行なっている低いフルエンスでの測定の結果を比較し、高密度励起の場合の基礎的な知識を得ることを目的とした。特に相変化に関与するGeTe局所構造におけるA_1光学モードに着目することで相変化制御を前提とした知識を得られると期待される。GeTe_4のA_1モードについては、励起フルエンスの増加に伴い大きな周波数の低下が見られた。過去のGeTeのA_1モードにおける研究結果と比較すると、シフト量のフルエンス依存性が大きく、低いフルエンスで大きなシフトが誘起されることが明らかとなった。これはGST-SLが相変化記録材料として優れている事実を裏付けるものである。その他、1.0～1.3mJ/cm^2での測定において1.1THz付近と1.7THz付近にピークが出現する。このことからこの程度のフルエンスによる励起の結果、何らかの構造変化が生じ、フォノンスペクトルに影響を与えた可能性が考えられる。このように、高強度のフェムト秒パルスレーザーを照射した際の超格子GSTのフォノンの振る舞いを観測ることに成功している。

Research Products

• [Journal Article] Ultrafast Optical Manipulation of Atomic Motions in Multilayer Ge-Sb-Te Phase Change Materials (2013)
  • Author(s): K. Makino, J. Tominaga, A.V. Kolobov, P. Fons and M. Hase
  • Journal Title: Ultrafast Phenomena XVIII (M. Chergui, S. Cundiff, K. Yamanouchi, R. Riedle, A. Taylor (Eds.), EDP Sciences - Web of Conferences) Volume: 41 Pages: 3007-3007
  • DOI: 10.1051/epjconf/20134103007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarization dependent optical control of atomic arrangement in multilayer Ge-Sb-Te phase change materials (2012)
  • Author(s): K. Makino, J. Tominaga, A.V. Kolobov, P. Fons and M. Hase
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 101 Issue: 23 Pages: 232101-232101
  • DOI: 10.1063/1.4768785
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bond-Selective Excitation and Following Displacement of Ge Atoms in GeTe/Sb2Te3 Superlattice (2012)
  • Author(s): K.Makino, J.Tominaga, A.V.Kolobov, P.Fons, M.Hase
  • Journal Title: ACTA PHYSICA POLONICA A Volume: 121 Pages: 336-339
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高密度光励起によるGe-Sb-Te相変化記録材料におけるコヒーレントフォノン分光 (2012)
  • Author(s): 牧野孝太郎, 富永淳二, Paul Fons, Alexander V Kolobov, 長谷宗明
  • Organizer: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Optical Manipulation of Atomic Arrangement in Multilayer Ge-Sb-Te Phase Change Materials (2012)
  • Author(s): K. Makino, J. Tominaga, P. Fons, A. V.Kolobov, M. Hase
  • Organizer: JSAP-OSA Joint Symposia 2012
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Ultrafast Optical Manipulation of Atomic Motion in Multilayer Ge-Sb-TePhase Change Materials (2012)
  • Author(s): K. Makino, J.Tominaga, P. Fons, A. V. Kolobov, M. Hase
  • Organizer: 18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ULTRAFAST PHENOMENA(UP 2012)
  • Place of Presentation: ローザンヌ(スイス)
  • Year and Date: 2012-07-12
• [Presentation] Bond selective excitation in phase change memory materials (2011)
  • Author(s): K.Makino, J.Tominaga, P.Fons, A.V.Kolobov, M.Hase
  • Organizer: 4-th International Conference on Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena (PIPT4)
  • Place of Presentation: Wroclaw university of technology, Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2011-06-30