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Ultrafast control of polarization by terahertz pulse excitation in electric ferroelectrics and quantum paraelectrics

Research Project

Project/Area Number 16K05402
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

Takahashi Akira  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80212009)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2018: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2017: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords電子型強誘電体 / テラヘルツ波パルス / 光誘起相転移 / 量子常誘電体 / 分極反転 / 電荷秩序状態 / 高速分極反転 / 動的局在 / 格子の量子揺らぎ / ソリトン / 高速反応
Outline of Final Research Achievements

We have theoretically investigated the dynamics induced by THz pulse excitation in electric ferroelectrics TTF-CA and α-(BEDT-TTF)2I3. We found instantaneous charge and dielectric response, and these properties originate from the adiabatic nature of the THz pulse excited state. We have succeeded to show ultrafast polarization reversal using the photoinduced transition to charge ordered states in α-(BEDT-TTF)2I3 and κ-(BEDT-TTF)2X. We have investigated the physical properties of DMTTF-QBrnCl4-n by quantum Monte Carlo method, where lattice degrees of freedom are treated quantum mechanically, and found quantum paraelectric phase and ionic paraelectric phase.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

強誘電体の電気分極をps以下の時間スケールで制御できれば、革新的なデバイスの素材となる可能性がある。電子の移動により分極が発生する電子型強誘電体では、従来の強誘電体よりもはるかに高速で分極を制御することが期待されている。本研究では、THz波パルスや光パルスを用いることにより、電子型強誘電体の分極を高速で制御できる可能性を理論的に示すことに成功した。ここで得られた知見を基に、電子型強誘電体の応用への展開が進むことが期待される。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Charge and dielectric response to terahertz pulses in the charge-ordered phase of α?(BEDT?TTF)2I32018

    • Author(s)
      Kuniki Shinnosuke、Ohmura Shu、Takahashi Akira
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 98 Issue: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.165149

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoinduced transition to charge-ordered phases from dynamical localization in the metallic phase of α-(BEDT-TTF)2I32018

    • Author(s)
      Koudai Oya and Akira Takahashi
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B

      Volume: 97 Issue: 11

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.115147

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Instantaneous charge and dielectric response to terahertz pulse excitation in TTF-CA2017

    • Author(s)
      Hiroki Gomi, Naoto Yamagishi, Tomohito Mase, Takeshi J. Inagaki, and Akira Takahashi
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B

      Volume: 95 Issue: 9

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.094116

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 量子モンテカルロ法によるTTF-QCl4類似物質における量子常誘電相と高温高圧下のイオン性常誘電相の研究2019

    • Author(s)
      大村周,嵯峨拓哉,高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] TTF-CAにおける強電場応答の数値的計算2019

    • Author(s)
      大瀧貴史,大村周,高橋聡,鈴木博貴,森本剛史,園直樹,宮本辰也,貴田徳明,岡本博
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] κ-(BEDT-TTF)2Xのダイマーモット絶縁体相におけるテラヘルツ波パルスによる強誘電相転移2019

    • Author(s)
      大村周,高野悠斗,高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Off-resonant-light-induced quantum phase transition and ultrafast polarization control in BEDT-TTF salts2018

    • Author(s)
      Shu Ohmura, Akira Takahashi
    • Organizer
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials (EXCON 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] THz pulse induced polarization reversal and neutral-ionic phase transition in TTF-CA2018

    • Author(s)
      Akira Takahashi, Shu Ohmura
    • Organizer
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials (EXCON 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DMTTF-QBrnCl4-nにおけるの量子常誘電性とそのサイズ効果2018

    • Author(s)
      大村周, 高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] TTF-CAのイオン性相基底状態における量子揺らぎの視覚化:非断熱共鳴HF理論によるアプローチ2018

    • Author(s)
      渡邉侑子, 安東秀峰, 高橋聡, 富田憲一
    • Organizer
      日本物理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] TTF-CAにおける中赤外パルス励起ダイナミクスの数値的解析2018

    • Author(s)
      大瀧貴史, 大村周, 高橋聡, 森本剛史, 園直樹, 宮本辰也, 貴田徳明, 岡本博
    • Organizer
      日本物理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 非共鳴光強励起と強電場によるα-(BEDT-TTF)2I3の超高速分極制御2018

    • Author(s)
      大村周, 高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的局在したκ-(BEDT-TTF)2Xおよびα-(BEDT-TTF)2I3におけるTHzパルスによる分極の高速反転2018

    • Author(s)
      大村周、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] DMTTF-QBrnCl4-nの量子常誘電相における電子および格子の量子揺らぎ2018

    • Author(s)
      高橋聡、大村周
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] TTF-CAの基底状態における量子揺らぎ:非断熱共鳴HF理論によるアプローチ2018

    • Author(s)
      渡邉侑子、安東秀峰、高橋聡、富田憲一
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] α-(BEDT-TTF)2I3の電荷秩序絶縁体相における電子分極のTHz波パルス誘起ダイナミックスの偏光方向依存性2017

    • Author(s)
      國木晋之介, 高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 電子強誘電体TTF-CAにおけるTHzパルスによって誘起される分極反転2017

    • Author(s)
      間瀬智仁, 高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] κ-(BEDT-TTF)2Xにおける金属相からダイマーモット絶縁体相への光誘起相転移2017

    • Author(s)
      大矢航大, 高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 電気分極の高速応答と断熱性2017

    • Author(s)
      高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Photoinduced metal-insulator transition due to dynamical localization in a-type and k-type BEDT-TTF salts2017

    • Author(s)
      A. Takahashi
    • Organizer
      international conferences on photoinduced phase transitions
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] THz pulse induced polarization reversal in electronic ferroelectrics TTF-CA2017

    • Author(s)
      T. Mase and A. Takahashi
    • Organizer
      international conferences on photoinduced phase transitions
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] THz pulse induced dynamics of electronic polarization in charge ordered phase of α-(BEDT-TTF)2I32017

    • Author(s)
      S. Kuniki and A. Takahashi
    • Organizer
      international conferences on photoinduced phase transitions
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] κ-(BEDT-TTF)2Xの金属相における動的局在による光誘起ダイマーモット絶縁体化2017

    • Author(s)
      大村周、高橋聡
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] DMTTF-QBrnCl4-nの量子常誘電相における格子の量子揺らぎ2017

    • Author(s)
      大村周、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] α-(BEDT-TTF)2I3の電荷秩序絶縁体相における電子分極のTHz波パルス誘起ダイナミックスの偏光方向依存性II2017

    • Author(s)
      國木晋之介、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 電子型強誘電体TTF-CAにおけるTHzパルスによって誘起される分極反転と中性-イオン性相転移2017

    • Author(s)
      間瀬智仁、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] TTF-CAの中性相基底状態に現れるイオン性相ドメインの量子効果:非断熱共鳴HF理論による量子揺らぎの視覚化2017

    • Author(s)
      渡邉侑子、安東秀峰、高橋聡、富田憲一
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 中性相TTF-CAにおける量子揺らぎの視覚化-断熱近似を超えた共鳴HF理論によるアプローチ2016

    • Author(s)
      渡邊侑子、安東秀峰、高橋聡、富田憲一
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ダイマーモット絶縁体との相境界付近の金属状態の光励起ダイナミックス2016

    • Author(s)
      大矢航大、五味広喜、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 電子強誘電体TTF-CAの電子分極のTHzパルス誘起ダイナミックスにおける格子振動の効果2016

    • Author(s)
      間瀬智仁、五味広喜、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] α-(BEDT-TTF)2I3の電荷秩序絶縁体相における電子分極のTHz波パルス誘起ダイナミックス2016

    • Author(s)
      國木晋之介、五味広喜、高橋聡
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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