2015 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツＦＴ-ＥＳＲ分光法による磁場誘起量子臨界現象の解明
| Project/Area Number |
15H03690
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
河本 敏郎 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70192573)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | テラヘルツ / 磁気共鳴 / 磁性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツパルス発生にはZeTe結晶が広く使われているが，位相不整合や吸収帯の存在によって帯域が制限される。本研究では，最近注目されている気体プラズマの非線形効果を利用した広帯域のテラヘルツパルス光源を製作した。テラヘルツ生成光には現有のフェムト秒レーザー再生増幅システムの出力(800nm,150fs,1mJ)を利用している。非線形結晶(BBO結晶,100μm)によって第二高調波(400nm)を発生させ，これを基本波(800nm)と合わせて空気中に集光することによってプラズマを誘起し，広帯域のモノサイクルテラヘルツ電磁波を発生させることができる。
テラヘルツパルス光源の交換に伴い，放物面ミラーを使ったTHz光学系を組み直した。ZeTe非線形結晶の光整流を利用したEOサンプリング法を用いて，試料透過後のTHz電磁波の超高速時間発展をサンプリングした。得られた時間波形のフーリエ解析から，試料のTHz-ESR過渡吸収スペクトルが得られる。また，極低温冷凍機を組み込み，温度可変テラヘルツフーリエ変換磁気共鳴(FT-ESR)装置を製作した。空気中の水分子による吸収を取り除くため，装置全体を乾燥空気生成装置でパージした。同期させた光チョッパーでTHz生成光をショット毎にオンオフし，ロックインアンプを用いた高感度検出を行った。
反強磁性体NiO(ネール温度TN=523K)において，テラヘルツFT-ESR法を適用し，マグノンによる反強磁性共鳴吸収を観測した。共鳴周波数の温度依存性は分子場理論を用いてよく説明することができた。ネール温度付近で観測された緩和速度の急増は，長距離秩序の消滅で説明できる。また，反強磁性体CoO(ネール温度TN=293K)において，テラヘルツ電磁波の伝播時間の変化から屈折率を求めた。ネール温度付近における格子の寄与からのずれは磁気歪みの寄与であることを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
気体プラズマの非線形効果を利用した広帯域のテラヘルツパルス光源を製作し，テラヘルツFT-ESR法を用いて，酸化物反強磁性体における反強磁性マグノンと磁気歪の観測に成功した。
NiOにおいて，４つの反強磁性マグノンモードをネール温度付近に至るまで観測することができた。反強磁性マグノンの緩和から反強磁性マグノンモードがネール点近傍で消失することを確認した。またCoOにおいて，テラヘルツ電場波形のピーク時刻の変化から得られる屈折率変化から，格子振動による屈折率変化と磁気歪に起因する屈折率変化を観測することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，気体プラズマの非線形効果を利用した広帯域のテラヘルツパルス光源を製作した。しかし，検出系はZeTe非線形結晶の光整流を利用したEOサンプリング法を用いており，光源の帯域が生かされていない。そこで次年度は，気体プラズマの非線形効果を検出系にも適用し，広帯域の検出を実現したい。今年度末に納入された光学測定用超伝導マグネットを組み込み，温度可変・磁場可変の高磁場広帯域テラヘルツFT-ESR分光装置を製作する。
高磁場下において広帯域テラヘルツFT-ESR分光の実験を行い，反強磁性体や電気磁気効果物質における磁場誘起超高速スピンダイナミクスを明らかにする。反強磁性体CoO (TN=293K)において，マグノンによる反強磁性共鳴(低温で4.4 THz)を観測し，分光システムの性能評価を行うとともに，転移点近傍のマグノン振動数のソフト化や線幅の臨界現象を明らかにする。また，電気磁気効果を示すことで知られている反強磁性体Cr2O3において，電場誘起磁化と反強磁性マグノンの観測を試み，磁場に対する振る舞いを調べる。
|
