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Study of electronic-ferroelectric domains driven by strong optical and terahertz fields

Research Project

Project/Area Number 18H01144
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Itoh Hirotake  東北大学, 理学研究科, 助教 (70565978)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 薫  岡山理科大学, 理学部, 准教授 (90321603)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥14,690,000 (Direct Cost: ¥11,300,000、Indirect Cost: ¥3,390,000)
Keywords電子強誘電体 / 電荷秩序 / テラヘルツ波発生 / テラヘルツ強電場 / 光誘起相転移 / 強相関電子系 / 強誘電ドメイン / アニオン秩序 / 超高速現象 / 高強度テラヘルツ
Outline of Final Research Achievements

Toward tailoring gigantic optical responses of matters, terahertz (THz) and optical spectroscopies were performed on electronic-ferroelectric (e-FE) domains in strongly-correlated organic conductors. (1) By developing the terahertz-emission microscope, the e-FE domains were found to have a typical size of 100 microns. (2) e-FE domains were found to show characteristic behaviors upon photoexcitation, such as polarization inversion or ultrafast THz oscillation. (3) With the developed intense THz light source, e-FE polarization was found to show ultrafast and gigantic responses following a THz electric field. (4) The newly-developed instrument has enabled precise measurement of pyroelectric current in e-FE materials.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

強相関電子系では強誘電・強磁性・金属・超伝導など多彩な電子状態が競合しており、外部刺激によってこれらを自由に制御できれば基礎応用両面で高価値である。本研究によって、空間的に現れた相競合状態といえるドメイン壁(正負の電子強誘電分極ドメインの境界)が、巨大で高速な光・テラヘルツ応答を示すことが明らかとなった。この成果は、電子状態を光で操るための指針となるだけでなく、ドメイン壁を利用して非バルク的な物性を創り出せる可能性をも示している。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (44 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Petahertz non-linear current in a centrosymmetric organic superconductor2020

    • Author(s)
      Y. Kawakami, T. Amano, H. Ohashi, H. Itoh, Y. Nakamura, H. Kishida, T. Sasaki, G. Kawaguchi, H. M. Yamamoto, K. Yamamoto, S. Ishihara, K. Yonemitsu, and S. Iwai
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4138-4138

    • DOI

      10.1038/s41467-020-17776-3

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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    • Author(s)
      Takahashi Kazuyuki、Yamamoto Kaoru、Yamamoto Takashi、Einaga Yasuaki、Shiota Yoshihito、Yoshizawa Kazunari、Mori Hatsumi
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 81-81

    • DOI

      10.3390/cryst9020081

    • NAID

      120006599239

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Strong light-field effects driven by nearly single-cycle 7fs light-field in correlated organic conductors2018

    • 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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    • Author(s)
      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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      川上洋平, 天野辰哉, 伊藤弘毅, 川口玄太, 山本浩史, 中村優斗, 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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  • [Presentation] アニオン秩序を示す有機電子型強誘電体(TMTTF)2X (X = ReO4,BF4)の光励起電荷ダイナミクス2020

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      伊藤弘毅, 佐野聡太, 岸田晶穂, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
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      天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 米満賢治, 岩井伸一郎
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      村上泰樹, 伊藤弘毅, 佐野聡太, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
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      伊藤弘毅, 村上泰樹, 佐野聡太, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
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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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      http://femto.phys.tohoku.ac.jp/

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URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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