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Realization of new electronic phase transitions based on quantum tunneling processes by a strong mid-infrared electric-field pulse

Research Project

Project/Area Number 18H01166
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Okamoto Hiroshi  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40201991)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Keywordsフェルト秒レーザー分光 / 赤外分光 / 光誘起相転移 / フェムト秒レーザー分光 / 電場誘起相転移 / 超高速分光 / テラヘルツパルス
Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to observe giant electronic responses and ultrafast phase transitions based on a new mechanism by irradiating organic molecular crystals with a mid-infrared (MIR) pulse. First, in order to observe the response along the electric field waveform of the MIR pulse, a phase-stable MIR pulse was generated, and a high-precision sub-cycle spectroscopy system was constructed in combination with the visible ultrashort pulse. Using this system, in a neutral-ionic transition system of a molecular crystal, we observed ionic-neutral transition triggered by intermolecular charge transfers driven by molecular-vibration excitation and that caused by quantum-tunneling processes driven by non-resonant excitation. In a Mott insulator dimerized due to the spin-Peierls mechanism, we succeeded in observing a melting of spin-Peierls phase triggered by carrier generations by the electric-field-induced quantum tunneling processes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光誘起相転移の研究は活発に行われているが、中赤外パルスを励起に使った研究は少ない。本研究では、分子性結晶において、中赤外パルスで分子間電子移動と強く結合する赤外活性分子内振動を励起することにより、分子間に大きな電子移動の変調を引き起こし、それをきっかけとしたイオン性-中性転移を実現した。また、中赤外パルスの強電場による量子トンネル過程を引き金とするイオン性-中性転移やスピンパイエルス相融解の実証にも成功した。これらは、中赤外パルスを使った新しい電子相制御の可能性を拓くものであり、学術的意義の高い成果である。

Report

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

    (75 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (20 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 19 results,  Open Access: 18 results) Presentation (55 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 10 results)

  • [Journal Article] Ultrabosonic behavior in photoexcited one-dimensional Mott insulators in the region of weak intersite Coulombic interaction2021

    • Author(s)
      K. Iwano, T. Yamaguchi, and H. Okamoto
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 102 Issue: 24

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.245114

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    • Author(s)
      T. Yamaguchi, K. Iwano, T. Miyamoto, N. Takamura, N. Kida, Y. Takahashi, T. Hasegawa, and H. Okamoto,
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.045124

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    • Author(s)
      Sono Naoki、Kinoshita Yuto、Kida Noriaki、Ito Toshimitsu、Okamoto Hiroshi、Miyamoto Tatsuya
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Issue: 3 Pages: 033703-033703

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.033703

    • NAID

      210000158841

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    • Author(s)
      Yamakawa H.、Miyamoto T.、Morimoto T.、Takamura N.、Liang S.、Yoshimochi H.、Terashige T.、Kida N.、Suda M.、Yamamoto H. M.、Mori H.、Miyagawa K.、Kanoda K.、Okamoto H.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 953-953

    • DOI

      10.1038/s41467-021-20925-x

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    • Author(s)
      Yamakawa T.、Sono N.、Kitao T.、Morimoto T.、Kida N.、Miyamoto T.、Okamoto H.
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 10 Issue: 2

    • DOI

      10.1063/1.5143049

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    • Author(s)
      Kinoshita Yuto、Kida Noriaki、Magasaki Yusuke、Morimoto Takeshi、Terashige Tsubasa、Miyamoto Tatsuya、Okamoto Hiroshi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 124 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.057402

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    • Author(s)
      T. Yamaguchi, K. Asada, H. Yamakawa, T. Miyamoto, K. Iwano, T. Nakamura, N. Kida, and H. Okamoto
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 99 Issue: 24 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.245104

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    • Author(s)
      Terashige T.、Ono T.、Miyamoto T.、Morimoto T.、Yamakawa H.、Kida N.、Ito T.、Sasagawa T.、Tohyama T.、Okamoto H.
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 5 Issue: 6

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav2187

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      Miyamoto T.、Kakizaki T.、Terashige T.、Hata D.、Yamakawa H.、Morimoto T.、Takamura N.、Yada H.、Takahashi Y.、Hasegawa T.、Matsuzaki H.、Tohyama T.、Okamoto H.
    • Journal Title

      Communications Physics

      Volume: 2 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s42005-019-0223-8

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    • Author(s)
      S. Ohmura, A. Takahashi, K. Iwano, T. Yamaguchi, K. Shinjo, T. Tohyama, H. Okamoto
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 100 Issue: 23

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.235134

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    • Author(s)
      Mian M. Rasel、Iguchi H.、Takaishi S.、Afrin U.、Miyamoto T.、Okamoto H.、Yamashita M.
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 58 Issue: 1 Pages: 114-120

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.8b01910

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  • [Journal Article] Large terahertz magnetization response in ferromagnetic nanoparticles2019

    • Author(s)
      Ishii Tomoaki、Yamakawa Hiromichi、Kanaki Toshiki、Miyamoto Tatsuya、Kida Noriaki、Okamoto Hiroshi、Tanaka Masaaki、Ohya Shinobu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 114 Issue: 6 Pages: 062402-062402

    • DOI

      10.1063/1.5088227

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  • [Journal Article] Hysteretic Current-Voltage Characteristics in the Deuterium-Dynamics- Triggered Charge-Ordered Phase of κ-D3(Cat-EDT-TTF)22019

    • Author(s)
      A. Ueda, K. Kishimoto, Y. Sunairi, J. Yoshida, H. Yamakawa, T. Miyamoto, T. Terashige, H. Okamoto and H. Mori
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 88 Issue: 3 Pages: 034710-034710

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.034710

    • NAID

      210000135137

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  • [Journal Article] テラヘルツパルス光による超高速絶縁体-金属転移2019

    • Author(s)
      山川大路, 宮本辰也, 岡本博
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 88 Pages: 105-109

    • NAID

      130007709467

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      Yuto Kinoshita, Noriaki Kida, Tatsuya Miyamoto, Manabu Kanou, Takao Sasagawa, and Hiroshi Okamoto
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 97 Issue: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.161104

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      Ishii Tomoaki、Yamakawa Hiromichi、Kanaki Toshiki、Miyamoto Tatsuya、Kida Noriaki、Okamoto Hiroshi、Tanaka Masaaki、Ohya Shinobu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 6901-6901

    • DOI

      10.1038/s41598-018-25266-2

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      Tatsuya Miyamoto, Hiromichi Yamakawa, Takeshi Morimoto, and Hiroshi Okamoto
    • Journal Title

      Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics

      Volume: 51 Issue: 16 Pages: 162001-162001

    • DOI

      10.1088/1361-6455/aad023

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      Sotome M.、Kida N.、Horiuchi S.、Okamoto H.
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      Physical Review A

      Volume: 98 Issue: 1

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      10.1103/physreva.98.013843

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    • Author(s)
      Miyamoto T.、Matsui Y.、Terashige T.、Morimoto T.、Sono N.、Yada H.、Ishihara S.、Watanabe Y.、Adachi S.、Ito T.、Oka K.、Sawa A.、Okamoto H.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 3948-3948

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06312-z

    • NAID

      120006537090

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  • [Journal Article] Ultrafast polarization control by terahertz fields via π-electron wavefunction changes in hydrogen-bonded molecular ferroelectrics2018

    • Author(s)
      T. Miyamoto, D. Hata, T. Morimoto, H. Yamakawa, N. Kida, T. Terashige, K. Iwano, H. Kishida, S. Horiuchi, and H. Okamoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 15014-15014

    • DOI

      10.1038/s41598-018-33076-9

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    • Author(s)
      梁生平, 高村直幹, 宮川和也, 鹿野田一司, 山本浩史, 須田理行, 森初果, 宮本辰也, 岡本博
    • Organizer
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      宮本辰也, 守安藍海, 梅村洸介, 髙村直幹, 韓陽, 園直樹, 貴田徳明, 高橋幸裕, 長谷川達生, 岡本博
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      岡本博
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      園直樹, 北尾貴之, 山川貴士, 大瀧貴史, 森本剛史, 宮本辰也, 岡本博
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      高村直幹, 斎藤真幸, 梁生平, 大瀧貴史, 宮本辰也, 水井誠, 貴田徳明, 中埜彰俊, 澤博, 岡本博
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      酒井 大輝, 山川 貴士, 園 直樹, 宮本 辰也, 岡本 博
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      辻井幹人, 宮本辰也, 貴田徳明, 木村健太, 大竹雄太郎, 木村剛, 岡本博
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      梁生平, 高村直幹, 吉持遥人, 須田理行, 山本浩史, 宮川和也, 鹿野田一司, 森初果, 宮本辰也, 岡本博
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      高村直幹, 大瀧貴史, 宮本辰也, 貴田徳明, 梁生平, 高橋幸裕, 長谷川達生, 岡本博
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      園直樹, 大瀧貴史, 北尾貴之, 山川貴士, 森本剛史, 宮本辰也, 貴田徳明, 岡本博
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      大瀧貴史, 園直樹, 北尾貴之, 山川貴士, 森本剛史, 宮本辰也, 貴田徳明, 岡本博
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      山川 貴士 , 園 直樹, 北尾 貴之, 清水 祐樹, 森本 剛史, 宮本 辰也, 宮川 和也, 鹿野田 一司, 須田 理行, 山本 浩史, 岡本 博
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      日本物理学会第75回年次大会
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  • [Presentation] テラヘルツ・赤外パルスによる電子分極のコヒーレント制御2019

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      岡本博
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      宮本辰也
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    • Author(s)
      宮本辰也,山川大路,森本剛史,貴田徳明,宮川和也,鹿野田一司,森初果,須田理行,山本浩史,岡本博
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      山川貴士,園直樹,北尾貴之,森本剛史,宮本辰也,岡本博
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  • [Presentation] 中赤外強電場パルスによる有機電荷移動錯体TTF-CAのイオン性―中性転移II2019

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      鈴木博貴, 大瀧貴史,園直樹,森本剛史,宮本辰也,貴田徳明,岡本博
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  • [Presentation] 位相安定中赤外パルス光による二次元モット絶縁体銅酸化物の強電場応答の観測II2019

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      園直樹, 北尾貴之, 山川貴士, 森本剛史, 宮本辰也, 寺重翼, 伊藤利充, 岡邦彦, 笹川崇男, 貴田徳明, 岡本博
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      北尾貴之,山川貴士,園直樹,森本剛史,宮本辰也,貴田徳明,岡本博
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      高村直幹, 寺重翼, 浅田和規, 宮本辰也, 貴田徳明, 高橋幸裕, 長谷川達生, 岡本博
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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