誘導ブリルアン散乱による音響型ソフトモードの励起と相転移ダイナミクスの研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452034
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 木下 修一 大阪大学, 理学部, 助教授 (10112004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八木 駿郎 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30002132)
• Keywords: 誘導ブリルアン散乱 / 誘導ラマン散乱 / 光カー効果 / 強誘電体 / 液晶 / フォノン / 配向緩和 / TGSe

Research Abstract

物質に振動数の異なる二つのコヒーレント光を入射すると、その振動数の差が物質固有の振動に一致すると共鳴的にその振動を誘起することができる。この現象を誘導光散乱といっている。振動数領域が音波領域のように低いときは、二つの光を用意する代わりに光パルスを用いると便利で、光パルスのプロファイルのフーリエ変換の範囲内で自動的に共鳴条件が満足させることができるからである。本研究は、この非線形光学効果の一種であるパルス誘導ブリルアン散乱を用いて、フォノンや揺らぎを物質中に誘起することを目的としている。この方法は、時間領域での測定であるので、分光器の使えないような低振動数領域での測定に優れており、低振動数のフォノンや揺らぎが中心的な役割を果たす相転移現象の研究に特に有効と考えられる。
本年度は主にパルス誘導ブリルアン散乱を用いた相転移に関する実験およびフェムト秒での光カー効果による液体の測定を行ったが、その結果の主なものは次の通りである。
1)相転移の代表的な例として、液晶で光カー効果に基づく緩和過程の測定を行った。その結果、相転移点近くでは緩和時間が顕著に長くなり、緩和時間の逆数をプロットすると温度上昇とともに非線形的に増大することが分かった。液晶のように配向揺らぎの遅いものでは、流れと結合することによって配向緩和が粘性の影響を受けるとして結果を解釈することができる。
2)強誘電性相転移に応用した例として、TGSe結晶の転移点近傍での音速異常の測定を行った。従来までの超音波法とブリルアン散乱法は測定する音波の振動数にして何桁もの違いがあったが、我々の方法で散乱角の小さい領域での測定を行った結果、この音速異常が音波の振動数に対し連続的に変化していることが分かった。このことから、音速の異常は低温相で分極揺らぎと音波が圧電結合を通じて結合し、揺らぎの振動数が音波の振動数と一致する領域で生じていることが確かめられた。
3)フェムト秒のTi:サファイアレーザーを用いて、液体の光カー効果による分子の配向緩和の過程を測定したが、その結果100fs程度の速い過程と1ps程度の遅い過程があることが分かった。この結果は光散乱による高分解能でのスペクトル測定と比較し、それぞれ低振動数ラマンモードとセントラルモードに対応しており、定量的にもよく一致することが確かめられた。

Research Products

• [Publications] S.Kinoshita: "Relationship between coherent acoustic wave generation and a coherence spike in an impulsive stimulated Brillouin scattering Experiment" J.Opt.Soc.Am.B10. 1017-1024 (1993)
• [Publications] 木下修一: "光パルスによるフォノンの励起と構造相転移" 固体物理. 28. 273-282 (1993)
• [Publications] S.Kinoshita: "New high-resolution phonon spectroscopy using impulsive stimulated Brillouin scattering" Rev.Sci.Instrum.64. 3384-3393 (1993)