2009 Fiscal Year Annual Research Report
新規絶縁体材料における高密度光励起と相転移現象のダイナミクス
| Project Area | Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors |
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20104007
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
芦田 昌明 Osaka University, 基礎工学研究科, 准教授 (60240818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 耕一郎 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (90212034)
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| Keywords | 光誘起相転移 / 高密度光励起 / テラヘルツ分光 / 強相関電子系 / 酸化物 / 超伝導 / 金属-絶縁体転移 / 動的相関 |
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| Research Abstract |
本研究では、基底状態においても電子相関が強く、一体近似が成立しない新規絶縁体材料において、光励起によって生成される電子正孔多体系のダイナミクスを研究する。特に、励起状態に固有の相関効果「動的相関」による秩序形成、光誘起絶縁体-金属転移等、電子状態の光誘起相転移のダイナミクスの解明に焦点を絞り、テラヘルツ域を含む赤外全域をカバーする独自の時間領域分光を行うことによって調べる。
独自の超広帯域テラヘルツ波時間領域分光系で測定してフォノン分散の様子を明らかにしてきたSrTiO_3薄膜を対象に、昨年度までに発生手法を確立させた高強度テラヘルツ波パルスを用いて、ソフトモードがハード化する様子を明瞭に捉えた。そのスペクトル形状は、非調和ポテンシャル中の準位間遷移を密度行列を用いて計算することや、古典非調和振動子モデルでも大凡再現できることを見出した。
この高強度THz波パルスを半導体試料に用い、100kV/cm電場印加相当のバンド端近傍における光学応答を測定した。Cu_2Oにおいて、電気双極子許容な3p,4pオルソ励起子が電場強度とともに吸収が減少し、代わって2光子許容である3s,4s励起子の吸収線が現われる様子を観測した。これはdark励起子の新しい共鳴励起の方法があることを示唆している。
また、昨年度に引き続きTi_4O_7における光誘起相の応答を調べた。光励起後の可視領域の応答に加えて1.3,1.5μmでの光学応答の変化を調べることで、低温相、中間相から光誘起された相の同定とその時間発展を追従することができた。さらにテラヘルツ領域での光学応答を詳細に測定し、低温相、中間相、高温相で透過スペクトルが全く異なることを見出した。これはTHz領域の光学応答が光誘起相の同定に有効であることを示している。
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