High-harmonic generation in strongly correlated materials driven by a single-cycle strong infrared pulse
| Project/Area Number |
20K03800
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| 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.
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| 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。
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Report
(4 results)
Research Products
(30 results)
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[Journal Article] Light-induced magnetization driven by interorbital charge motion in the spin-orbit assisted Mott insulator α-RuCl32022
Author(s)
T. Amano, Y. Kawakami, H. Itoh, K. Konno, Y. Hasegawa, T. Aoyama, Y. Imai, K. Ohgushi, Y. Takeuchi, Y. Wakabayashi, K. Goto, Y. Nakayama, H. Kishida, K. Yonemitsu and S. Iwai
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 4
Issue: 3
Pages: 1-6
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[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
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 4138-4138
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] スピン軌道モット絶縁体α-RuCl3における超高速磁気光学応答II2022
Author(s)
天野辰哉, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 後藤貫太, 中村優斗, 岸田英夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
Organizer
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[Presentation] 高温超伝導体YBa2Cu3Oyの超高速準粒子ダイナミクスIII2022
Author(s)
加藤遼, 昆彬之, 大橋拓純, 天野辰哉, 川上洋平, 伊藤弘毅, 中村優斗, 岸田英夫, 佐々木孝彦, 西嵜照和, 大串研也, 岩井伸一郎
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[Presentation] スピン軌道モット絶縁体α-RuCl3における超高速磁気光学応答2022
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[Presentation] Photoinduced melting of charge-order triggered by a 6-fs infrared pulse in a ferroelectric organic salt α-(BEDT-TTF)2I32021
Author(s)
Y. Kawakami, T. Amano, H. Ohashi, H. Itoh, K. Yamamoto, Y. Nakamura, H. Kishida, T. Sasaki, S. Ishihara, Y. Yonemitsu, and S. Iwai
Organizer
7th International Conferences on Photoinduced Phase Transitions (PIPT7)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス III2021
Author(s)
天野辰哉, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 後藤貫太, 中村優斗, 岸田英夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
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[Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速光応答2020
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天野辰哉, 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
Organizer
第31回光物性研究会
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