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Optical control of magnetic/dielectric properties by a phase contoled sub-cycle near infrared pulse in strongly correlated materials

Research Project

Project/Area Number 17K14317
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Kawakami Yohei  東北大学, 理学研究科, 助教 (60731172)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords超高速ダイナミクス / 光誘起相転移 / 光強電場効果 / 光磁気効果 / 第二高調波発生 / 強相関電子系 / 有機超伝導体 / 量子スピン液体 / 単一サイクル赤外光 / 超高速分光
Outline of Final Research Achievements

Optical controls of magnetic and dielectric properties in strongly correlated materials have been investigated using ultrashort near infrared (NIR) pulses. We have performed time-resolved experiments using the extremely short pulse (instantaneous field intensity >100 MV/cm, pulse width <6 fs). As a result, we have observed an ultrafast disappearance of ferroelectricity (complete photoinduced insulator to metal transition) in charge ordered organic crystal a-(BEDT-TTF)2I3 and novel optical functions (stimulated emission and second harmonic generation) sensitive to a superconducting transition in an organic superconductor k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br. Furthermore, ultrafast polarization rotation induced by an extremely short circularly polarized pulse has been detected in a quantum spin liquid material a-RuCl3. This result indicates a possibility of femto-second control of the magnetic property.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

超伝導や強磁性、強誘電性、マルチフェロイクスといった特徴的な電気・磁気的性質を示す強相関電子系は次世代超高速エレクトロニクスを支える候補材料のひとつである。本研究では、その電子物性の超高速光制御を検証した。極限的な単一サイクル~サブサイクル光を用いた実験から、電荷秩序型有機物質における強誘電性の光消失、非BCS型有機超伝導体における非摂動論的な電荷駆動や新奇な光機能性を観測し、さらに、量子スピン液体におけるフェムト秒磁気操作の可能性も示された。これらの結果は、強相関電子系物質と高強度極短パルス光を組み合わせた次世代超高速エレクトロニクスの基幹技術の創生につながる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

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      Y. Kawakami, T. Amano, Y. Yoneyama, Y. Akamine, H. Itoh, G. Kawaguchi, H. M. Yamamoto, H. Kishida, K. Itoh, T. Sasaki, S. Ishihara, Y. Tanaka, K. Yonemitsu, and S. Iwai
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: 12 Issue: 8 Pages: 474-478

    • DOI

      10.1038/s41566-018-0194-4

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    • Author(s)
      Y. Kawakami, H. Itoh, K. Yonemitsu, and S. Iwai
    • Journal Title

      J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.

      Volume: 51 Issue: 17 Pages: 174005-174005

    • DOI

      10.1088/1361-6455/aad40a

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      T. Amano, Y. Kawakami, Y. Akamine, Y. Yoneyama, H. Itoh, Y. Nakamura, H. Kishida, S. Ishihara, L. Cario, E. Janod, B. Corraze, M. Lorenc, and S. Iwai
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  • [Presentation] 6 fs単一サイクル光強電場による有機超伝導体の非線形電荷振動II2018

    • Author(s)
      川上洋平, 天野辰哉, 米山雄登, 赤嶺勇人, 伊藤弘毅, 川口玄太, 山本浩史, 岸田英夫, 伊藤桂介, 佐々木孝彦, 石原純夫, 田中康寛, 米満賢治, 岩井伸一郎
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  • [Presentation] ハニカム格子物質α-RuCl3の超高速光応答2018

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      天野辰哉, 赤嶺勇人, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
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  • [Presentation] V2O3多結晶薄膜における光誘起絶縁体-金属転移の超高速ダイナミクス2018

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      天野辰哉, 赤嶺勇人, 川上洋平, 伊藤弘毅, 中村優斗, 岸田英夫, 石原純夫, Laurent Cario, Etienne Janod, Benoit Corraze, Maciej Lorenc, 岩井伸一郎
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      川上洋平, 天野辰哉, 赤嶺勇人, 伊藤弘毅, 川口玄太, 山本浩史, 岸田英夫, 佐々木孝彦, 石原純夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
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      天野辰哉,赤嶺勇人,米山雄登,川上洋平,伊藤弘毅,中村優斗,岸田英夫,石原純夫,Laurent Cario,Etienne Janod,Benoit Corraze, Maciej Lorenc,岩井伸一郎
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      Y. Kawakami, Y. Yoneyama, T. Amano, H. Itoh, K. Yamamoto, Y. Nakamura, H. Kishida, T. Sasaki, S. Ishihara, Y. Tanaka, K. Yonemitsu and S. Iwai
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      Y. Kawakami, T. Kato, Y. Yoneyama, T. Amano, H. Itoh, K. Itoh, T. Sasaki, Y. Nakamura, H. Kishida, L. Cario, E. Janod, B. Corraze, M. Lorenc and S. Iwai
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      6th International Conferences on Photoinduced Phase Transitions (PIPT6)
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    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 有機超伝導体における光の増幅現象を発見-レーザーの原理で超伝導の機構を解明する-

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2018/06/press20180626-02.html

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URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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