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マルチフェロイック物質における光のローレンツ力の観測とその外場制御

Research Project

Project/Area Number 14J06840
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

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

Principal Investigator

豊田 新悟  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsマルチフェロイクス / 方向二色性 / 方向複屈折 / 光のローレンツ力 / 磁気光学 / 光物性 / 電気磁気光学 / メタホウ酸銅
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、マルチフェロイック物質CuB2O4における光のローレンツ力の測定を行い、光のローレンツ力に起因した光軸の微小変位を検出した。現在この実験結果を投稿論文にまとめている。また、平成27年度に行った「CuB2O4における発光の方向二色性」の研究成果はPhysical Review BのRapid Communicationsに掲載され、特に重要な論文としてEditor’s Suggestion に選ばれた。さらに、博士論文は東京大学大学院新領域創成科学研究科長賞を受賞した。
空間反転対称性と時間反転対称性が同時に破れたマルチフェロイック物質においては、スピン軌道相互作用を通じて電気応答と磁気応答が干渉しあい、新しい光学現象が生じることがわかってきた。その代表的な例が、屈折率が方向依存する方向複屈折である。最終年度に当たる平成28年度では、方向複屈折に由来する非相反な屈折現象について研究を行った。フェルマーの原理に基づくならば、光はあらゆる経路のうち、その所要時間が最小になる経路をたどる。したがってマルチフェロイック物質中では、光の通る経路も進行方向の反転によって変わるはずである。とくにCuB2O4においては、単一ドメインの状態で、試料と真空中の界面において行きと帰りで異なる方向に屈折することが予想される(光のローレンツ力)。本研究では、これを実験的に観測することを目的とした。実験的に光の進行方向を反転してずれを計測するのは困難であるため、それと等価である磁場反転による光軸の変位を計測した。実験の結果、約500nmの光軸の変位を計測した。さらに、温度依存性を調べ、観測された光軸の変位が傾角反強磁性相でのみ生じることを確認した。以上の結果は、光のローレンツ力の観測に成功したことを意味しており、現在結果を投稿論文にまとめているところである。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Gigantic directional asymmetry of luminescence in multiferroic CuB2O42016

    • Author(s)
      S. Toyoda, N. Abe, and T. Arima
    • Journal Title

      Physical Review B (Rapid Communications)

      Volume: 93 Issue: 20 Pages: 201109-201109

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.201109

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] One-way transparency of light in multiferroic CuB2O42015

    • Author(s)
      S. Toyoda, N. Abe, S. Kimura, Y. H. Matsuda, T. Nomura, A. Ikeda, S. Takeyama, and T. Arima
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 115 Issue: 26 Pages: 267107-267107

    • DOI

      10.1103/physrevlett.115.267207

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] CuB2O4における発光の方向二色性2016

    • Author(s)
      豊田新悟、阿部伸行、有馬孝尚
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] メタホウ酸銅CuB2O4における光の一方向透明現象2016

    • Author(s)
      豊田新悟、阿部伸行、木村尚次郎、松田康弘、野村肇宏、池田暁彦、嶽山正二郎、有馬孝尚
    • Organizer
      第10回ホウ素ホウ化物研究会
    • Place of Presentation
      千葉県柏市東京大学柏キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] One-way transparency of light in multiferroic CuB2O42015

    • Author(s)
      S. Toyoda, N. Abe, S. Kimura, Y. H. Matsuda, T. Nomura, A. Ikeda, S. Takeyama, and T. Arima
    • Organizer
      20th International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      スペイン、バルセロナ
    • Year and Date
      2015-07-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CuB2O4における方向二色性の巨大化2015

    • Author(s)
      豊田新悟、阿部伸行、木村尚次郎、 松田康弘、野村肇宏、池田暁彦、嶽山正二郎、有馬孝尚
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Colossal Directional Dichroism in a Multiferroic CuB2O42015

    • Author(s)
      S. Toyoda, N. Abe, S. Kimura, Y. H. Matsuda, T. Nomura, A. Ikeda, S. Takeyama, and T. Arima
    • Organizer
      American Physical Society March meeting
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      2015-03-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 一方向透明現象を発見(東京大学プレスリリース)

    • URL

      http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry443/

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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