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High-harmonic generation in strongly correlated materials driven by a single-cycle strong infrared pulse

Research Project

Project/Area Number 20K03800
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

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

Principal Investigator

KAWAKAMI Yohei  東北大学, 理学研究科, 准教授 (60731172)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords高次高調波発生 / 強相関電子系 / 超伝導体 / 非線形分光 / フーリエ分光 / 時間分解分光 / 単一サイクル赤外光 / キャリアエンベロープ位相 / 可視フーリエ分光 / アト秒干渉計 / 超高速分光 / 光強電場効果 / 有機超伝導体 / 第二高調波発生
Outline of Research at the Start

電子間のクーロン反発やスピン-軌道相互作用などの微視的な(数100 meV ~ 10 eVの) 相互作用が、高温超伝導やマルチフェロイクスなど、強相関電子系の巨視的な(数meVの素励起で特徴づけられる)電気的・磁気的性質の発現にどのような役割を果たすのか。この根源的な問いを、最先端の光技術を用いた時間領域の実験から明らかにする。単一サイクル赤外光(0.7 eV)の、位相を精密に制御した高周波強電場による高次高調波の観測によって、非摂動論的、非散逸的に駆動される電子(電荷・スピン)のアト秒~フェムト秒ダイナミクスを詳しく調べる。

Outline of Final Research Achievements

High-harmonic generation in strongly correlated materials has been investigated using a carrier-envelope phase (CEP) controlled single-cycle strong infrared pulse. As an experimental method, precise measurement technique of ultrabroadband spectra has been developed. In an organic superconductor k-type ET salt, we have observed second harmonic generation reflecting polarized petahertz nonlinear current driven by a single-cycle strong light field. In a high-temperature superconductor YBCO, polarization dependent 5th harmonic generation probably shows femto/atto-second carrier dynamics in CuO2 plane and CuO chain. In an organic electronic ferroelectric alpha-type ET salt, we have observed ultrafast (<500 fs) complete suppression of second harmonic generation triggered by photoinduced charge ordered insulator to metal transition.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高次高調波発生は固体の超高速キャリアダイナミクスを調べる新しい手法として注目を集めている。半導体や絶縁体を中心に展開されているこの手法を強相関電子系に適用し、非従来型超伝導や電子強誘電など、強相関系特有の電子物性の微視的起源の解明と超高速光操作の検証を目指した。得られた成果は次世代の強相関光エレクトロニクスの開拓に貢献できる。また、本研究のために開発した精密分光技術は高調波測定以外にも適用可能であり、赤外分光やラマン分光などの広範な分光測定の発展に寄与できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (6 results) (of which Overseas: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] CNRS/レンヌ第一大学/ナント大学(フランス)

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      Volume: 77 Issue: 5 Pages: 304-309

    • DOI

      10.11316/butsuri.77.5_304

    • ISSN
      0029-0181, 2423-8872
    • Year and Date
      2022-05-05
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      Volume: 4 Issue: 3 Pages: 1-6

    • DOI

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      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4138-4138

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      岩井伸一郎、川上洋平
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      岩井伸一郎、川上洋平
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東北大学
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      特許
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    • Inventor(s)
      岩井伸一郎、川上洋平、天野辰哉、大串研也、米満賢治
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東北大学、学校法人中央大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
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      川上洋平、岩井伸一郎
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東北大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
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    • Inventor(s)
      岩井伸一郎、川上洋平、天野辰哉、大串研也、米満賢治
    • Industrial Property Rights Holder
      岩井伸一郎、川上洋平、天野辰哉、大串研也、米満賢治
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
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    • Inventor(s)
      岩井伸一郎、川上洋平
    • Industrial Property Rights Holder
      岩井伸一郎、川上洋平
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
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URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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