2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel photo-induced phase conversion materials based on quantum dynamics control of Charge-Structure-Spin-Photon coupled systems
Project/Area Number |
18H05208
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Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
腰原 伸也 東京工業大学, 理学院, 教授 (10192056)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 忠彦 東京工業大学, 理学院, 助教 (70313327)
沖本 洋一 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50356705)
東 正樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40273510)
林 靖彦 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (50314084)
羽田 真毅 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70636365)
桑原 真人 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (50377933)
宮坂 等 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50332937)
小野 淳 東北大学, 理学研究科, 助教 (40845848)
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Project Period (FY) |
2018-04-23 – 2023-03-31
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Keywords | 光誘起相転移 / フェムト秒パルス電子線 / 量子ダイナミクス / 超高速ダイナミクス / 隠れた物質秩序 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、物質と光子が一体化した場で極短時間に発現する、光励起特有の新秩序状態(Hidden State)の特性や生成過程を、フェムト秒分光・電子線構造観測手法を用いて解明し、超高速可逆光相変換物質の開拓や新奇(光誘起マルチフェロイクス)物質の開拓に挑戦することを目的とした。 この目的達成のために、物質開発、装置開発、理論開拓の3本柱の体制のもと、令和4年度は以下2点に関して、当初計画に沿って集中的努力を行い成果を上げることができた。 (1)開発した超短パルス電子線装置の時間幅を具体的に評価するために、THzパルス光の電場による電子バンチの変調を活用する新しいパルス幅測定装置を完成させた。この測定系は世界的にも例がほとんどない先進的なものであるが、これによって新たな電子線パルス幅評価法が確立した。さらにこれを利用した10fs程度の時間分解測定も可能であることを示すことができた。 (2)スピン偏極線源の導入と評価が完了し、具体的なマルチフェロイック材料BiFeO3薄膜結晶でのスピン偏極電子回折測定を実施し、試料比較から電子回折観測結果を得ることに成功した。 また、超高速量子操作が可能な新光電材料の開発に関しては、可視からTHzまでの広範な波長域の励起光を用いて、新物理メカニズムを起源とする強誘電性を発揮するRFe2O4を中心に分光学的実験を実施し、量子光誘起相転移の発現とそれを利用した誘電性、スピン状態の超高速制御を達成した。またこのような電子-格子強相関物質系に、THzなどの外部励起光電場が結合することで期待される新物性機能に関して、理論グループと連携して、新しい電子-外場結合状態(ドレスド状態)とそれを介した量子ダイナミクスの理論的枠組み(学理)を構築し、BiFeO3等具体的なマルチフェロイック物質の超高速光誘電・磁性応答のメカニズムを解明することに成功した。
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Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Direct observation of photoinduced sequential spin transition in a halogen-bonded hybrid system using complementary ultrafast optical and electron probes2024
Author(s)
Y.Jiang, S.Hayes, S.Bittmann, A.Sarracini, L.C.Liu, H.M.Muller-Werkmeister, A.Miyawaki, M.Hada, S.Nakano, R.Takahashi, S.Banu S.Koshihara, K.Takahashi, T.Ishikawa, R. J. D.Miller
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Journal Title
Nature Communications in press
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Photoinduced dynamics during electronic transfer from narrow to wide bandgap layers in onedimensional heterostructured materials2024
Author(s)
Y.Saida, T.Gauthier,H.Suzuki, S.Ohmura, R.Shikata, Y.Iwasaki, G.Noyama, M.Kishibuchi, Y.Tanaka, W.Yajima, N.Godin, G.Privault, T.Tokunaga, S.Ono, S.Koshihara, K.Tsuruta, Y.Hayashi, R.Bertoni, M.Hada
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Journal Title
Nature Communications in press
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Pressure Induced Amorphization of Pb2+ and Pb4+ in Perovskite PbFeO32024
Author(s)
Qiumin Liu, Hena Das, Takumi Nishikubo, Yuki Sakai, Ko Mibu, Tomoko Onoue, Takateru Kawakami, Tetsu Watanuki, Akihiko Machida, Xubin Ye, Jianhong Dai, Zhao Pan, Lei Hu, Satoshi Nakano, Masayuki Fukuda, Shiori Kihara, Koomok Lee, Takehiro Koike, Youwen Long, and Masaki Azuma
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 36
Pages: 1899-1907
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Self-Limiting Growth of Monolayer Tungsten Disulfide Nanoribbons on Tungsten Oxide Nanowires2023
Author(s)
Hiroo Suzuki, Misaki Kishibuchi, Masaaki Misawa, Masaaki Misawa, Kazuma Shimogami, Soya Ochiai, Takahiro Kokura, Yijun Liu, Ryoki Hashimoto, Zheng Liu, Kenji Tsuruta, Yasumitsu Miyata, Yasuhiko Hayashi
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 17
Pages: 9455-9467
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Polar-Nonpolar Transition-Type Negative Thermal Expansion with 11.1% Volume Shrinkage by Design2023
Author(s)
Takumi Nishikubo, Takashi Imai, Yuki Sakai, Masaichiro Mizumaki, Shogo Kawaguchi, Norihiro Oshime, Ayumu Shimada, Kento Sugawara, Kenji Ohwada, Akihiko Machida, Tetsu Watanuki, Kosuke Kurushima, Shigeo Mori, Takashi Mizokawa, and Masaki Azuma
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 35
Pages: 870
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Streaking of a Picosecond Electron Pulse with a Weak Terahertz Pulse2023
Author(s)
W. Yajima, Y. Arashida, R. Nishimori, Y. Emoto, Y. Yamamoto, K. Kawasaki, Y. Saida, S. Jeong, K. Akada, K. Takubo, H. Shigekawa, J. Fujita, S. Koshihara, S. Yoshida, M. Hada
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Journal Title
ACS Photonics
Volume: 10
Pages: 116-124
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Nonlinear Optical Properties in an Epitaxial YbFe2O4 Film Probed by Second Harmonic and Terahertz Generation2023
Author(s)
H. Yu, Y. Okimoto, A. Morita, S. Shuhei, K. Takubo, T. Ishikawa, S. Koshihara, R.Minakami, H. Itoh, S. Iwai, N. Ikeda, T. Sakagami, M. Nozaki, T. Fujii
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Journal Title
Materials
Volume: 16
Pages: 1989
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Two Distinct Cu(II)-V(IV) Superexchange Interactions with Similar Bond Angles in a Triangular “CuV2” Fragment2022
Author(s)
Yiran Wang, Masayuki Fukuda, Sergey Nikolaev, Atsushi Miyake, Kent J. Griffith, Matthew L. Nisbet, Emily Hiralal, Romain Gautier, Brandon L. Fisher, Masashi Tokunaga, Masaki Azuma, and Kenneth R. Poeppelmeier
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Journal Title
Inorganic Chemistry
Volume: 61
Pages: 10234
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Suppression of Pressure-Induced Phase Transitions in a Monoclinically Distorted LiNbO3-Type CuNbO3 by Preference for a CuO3 Triangular Coordination Environment2022
Author(s)
Masayuki Fukuda, Hidenobu Murata, Takumi Nishikubo, Qiumin Liu, Koomok Lee, Takehiro Koike, Yuma Takahashi, Saori I.Kawaguchi, Naohisa Hirao, Hiroshi Funakubo, and Masaki Azuma
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Journal Title
Inorganic Chemistry
Volume: 61
Pages: 12719
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Highly Oriented Carbon Nanotube Supercapacitors2022
Author(s)
Kohei Komatsubara, Hiroo Suzuki, Hirotaka Inoue, Misaki Kishibuchi, Shona Takahashi, Tatsuki Marui, Shigeyuki Umezawa, Tomohiro Nakagawa, Kyohei Nasu, Mitsuaki Maetani, Yuichiro Tanaka, Miyato Yamada, Takeshi Nishikawa, Yoshifumi Yamashita, Masaki Hada, Yasuhiko Hayashi
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Journal Title
ACS Appl. Nano Mater.
Volume: 5
Pages: 1521-1532
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Generation of sub-100 fs electron pulses for time-resolved electron diffraction using a direct synchronization method2022
Author(s)
Kou Takubo, Samiran Banu, Sichen Jin, Misaki Kaneko, Wataru Yajima, Makoto Kuwahara, Yasuhiko Hayashi, Tadahiko Ishikawa, Yoichi Okimoto, Masaki Hada, Shinya Koshihara
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Journal Title
Rev. of Sci. Inst.
Volume: 93
Pages: 53005
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Photoinduced hidden state in the metal?organic framework (NPr4)2[Fe2(Cl2An)3]2023
Author(s)
T. Ishikawa, S. Banu, K. Takubo, Y. Okimoto, S. Koshihara, T. Amano, Y. Kawakami, H. Itoh, S. Iwai, W. Kosaka, H. Miyasaka
Organizer
Post PDSTM, 1st International Conference on Spin Transition
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Photoinduced Dynamics in the spin-crossover hybrid system probed by intra-molecular vibrational spectra2023
Author(s)
T. Ishikawa, R. Takahashi, S. Nakano, S. Banu, Y. Okimoto, S. Koshihara, A. Miyawaki, K. Takahashi, Y. Jiang, Stuart A Hayes, R. J. D. Miller
Organizer
Phase Transition and Dynamical Properties of Spin Transition Materials (PDSTM)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Sub-picosecond manipulation of electronic-ferroelectric polarization in a rare-earth ferrite at room temperature2023
Author(s)
Hirotake Itoh, Ryusei Minakami, Ryohei Tsuruoka, Yohei Kawakami, Hongwu Yu, Shin-ya Koshihara, Yoichi Okimoto, Naoki Inoue, Ginichi Nishida, Kosuke Fujiwara, Naoshi Ikeda, and Shinichiro Iwai
Organizer
QLC2023国際会議
Int'l Joint Research
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[Presentation] Unexpected photoinduced dynamics in charge-transfer metal-organic frameworks, (NPr4)2[Fe2(Cl2An)3]2023
Author(s)
T. Ishikawa, S. Banu, K. Takubo, Y. Okimoto, S. Koshihara, W. Kosaka, H. Miyasaka, T. Amano, Y. Kawakami, S. Iwai, K. Iwano
Organizer
IRL DYNACOM "Dynamical Control of Materials", Kick-off meeting
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 電子強誘電体RFe2O4の電荷秩序への電場による影響2023
Author(s)
木村彰杜, 朴規相, 那須美砂都, 藤井達生, 沖本洋一, 于洪武, 深谷亮, 中尾裕則, 狩野旬, 深田幸正, 藤原孝将, 矢野優太, 大若亜未, 池田直
Organizer
第33回日本MRS年次大会
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[Presentation] 第二高調波とテラヘルツ発生から見た YbFe2O4 薄膜の非線形光学特性2023
Author(s)
于洪武, 沖本洋一, 石川忠彦, 田久保耕, 腰原伸也, 水上龍星, 伊藤弘毅, 岩井伸一郎, 池田直, 阪上拓巳, 野崎真由, 藤井達生
Organizer
第33回日本MRS年次大会
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[Presentation] 電子強誘電体RFe2O4におけるパルス電場による極性電荷秩序領域の制御2023
Author(s)
朴規相, 木村彰杜, 那須美沙都, 藤井達生, 沖本洋一, 于洪武, 深谷亮, 中尾裕則, 狩野旬, 深田幸正, 藤原孝将, 矢野優太, 大若亜未, 池田直
Organizer
第33回日本MRS年次大会
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[Presentation] スピン偏極パルス電子回折によるBiFeO3/SrTiO3(111)薄膜の磁気構造観測と光誘起ダイナミクス測定2023
Author(s)
田久保耕, 上野俊輔, Samiran Banu, 于洪武, 石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也, 小野淳, 西森亮太, 羽田真毅, 桑原真人, 浅香透, 小野大樹, 小澤慶太, 伊藤拓真, 重松圭, 東正樹
Organizer
日本物理学会 第78回年次大会(2023)
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[Presentation] 電子強誘電体YbFe2O4薄膜の電場印加による分極反転2023
Author(s)
島貫 周平, 于 洪武, 森田 敦也, 田久保 耕, 石川 忠彦, 腰原 伸也, 阪上 拓巳, 野崎 真由, 藤井 達生, 池田 直, 沖本 洋一
Organizer
日本物理学会2023春季大会
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[Presentation] フェムト秒電子線回折によるBiFeO3/SrTiO3(111)薄膜の光誘起構造ダイナミクス測定2023
Author(s)
田久保耕, 上野俊輔, 金子水咲, 于洪武, 石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也, 小野淳, 西森亮太, 矢嶋渉, 羽田真毅, 桑原真人, 浅香透, 小澤慶太, 伊藤拓真, 重松圭, 東正樹
Organizer
日本物理学会2023春季大会
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[Presentation] Photo-induced ultrafast structural dynamics in charge-transfer type MOFs material2023
Author(s)
S. Banu, T. Ishikawa, K. Takubo, Y. Okimoto, S. Koshihara, W. Kosaka, H. Miyasaka, T. Amano, Y. Kawakami, S. Iwai, K. Iwano
Organizer
日本物理学会 2023年春季大会
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[Presentation] フェムト秒電子線回折によるBiFeO3/SrTiO3(111)薄膜の光誘起構造ダイナミクス測定2023
Author(s)
田久保耕, 上野俊輔, 金子水咲, 于洪武, 石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也, 小野淳, 西森亮太, 矢嶋渉, 羽田真毅, 桑原真人, 浅香透, 小澤慶太, 伊藤拓真, 重松圭, 東正樹
Organizer
日本物理学会 2023年春季大会
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[Presentation] 電子強誘電体YbFe2O4薄膜の電場印加による分極反転2023
Author(s)
島貫 周平, 于 洪武, 森田 敦也, 田久保 耕, 石川 忠彦, 腰原 伸也, 阪上 拓巳, 野崎 真由, 藤井 達生, 池田 直, 沖本 洋一
Organizer
日本物理学会 2023年春季大会
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[Presentation] Unexpected photoinduced dynamics in charge transfer metal organic frameworks, (NPr4)2[Fe2(Cl2An)3]2022
Author(s)
Samiran Banu, T. Ishikawa, K. Takubo , M. Kato, Y . Okimoto , S. Koshihara, N. Eguchi , W. Kosaka , H . Miyasaka
Organizer
The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ultrafast Photo-Response of MOF Based Quantum Magnet2022
Author(s)
S. Koshihara, T. Ishikawa, S. Banu, M. Kato, Y. Okimoto, K. Takubo, H. Miyasaka, N. Eguchi, W. Kosaka, and M. Hada
Organizer
The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Development of a terahertz pump and electron diffraction probe setup for the dynamics measurements of liquid crystals2022
Author(s)
Wataru Yajima , Yusuke Arashida , Ryota Nishimori , Yuga Emoto , Yuki Yamamoto , Kohei Kawasaki , Yuri Saida , Samuel Jeong , Keishi Akada , Kou Takubo , Hidemi Shigekawa, Jun-ichi Fujita , Shin-ya Koshihara , Shoji Yoshida and Masaki Hada
Organizer
OLC2021-SWS2022
Int'l Joint Research
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[Presentation] The structure of the photoinduced and X-ray induced state in spin-crossover hybrid system2022
Author(s)
T. Ishikawa, S. Nakano, R. Takahashi, K. Takubo, Y. Okimoto, S. Koshihara, A. Miyawaki, K. Matsumoto, K. Takahashi, T. Yokoyama, K. Ichiyanagi, R. Fukaya, S. Nozawa, A. Sato-Tomita
Organizer
From optical to THz control of materials, Faraday Discussion
Int'l Joint Research
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[Presentation] テラヘルツ波による極短パルス電子線のパルス幅計測2022
Author(s)
矢嶋 渉, 嵐田 雄介, 西森 亮太, 江本 悠河, 山本 祐揮, 川崎 康平, 齋田 友梨, 鄭 サムエル, 赤田 圭史, 田久保 耕, 重川 秀実, 藤田 淳一, 腰原 伸也, 吉田 昭二, 羽田 真毅
Organizer
2022応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] スピンクロスオーバー錯体複合結晶における 超高速光誘起構造変化ダイナミクス2022
Author(s)
高橋良弥, 中野真之介, Samiran Banu, 石川忠彦, 田久保耕, 沖本洋一, 腰原伸也, 宮脇敦大, 高橋一志, 羽田真毅 , Yifeng Jiang, Stuart Hayes, Lai Chung Liu, R. J. Dwayne Miller
Organizer
日本物理学会 2022年秋季大会
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[Presentation] テラヘルツ波による極短パルス電子線のパルス幅計測2022
Author(s)
矢嶋 渉, 嵐田 雄介, 西森 亮太, 江本 悠河, 山本 祐揮, 川崎 康平, 齋田 友梨, 鄭 サムエル, 赤田 圭史, 田久保 耕, 重川 秀実, 藤田 淳一, 腰原 伸也, 吉田 昭二, 羽田 真毅
Organizer
第83回応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] Development of a terahertz pump and electron diffraction probe setup for the dynamics measurements of liquid crystals2022
Author(s)
W. Yajima, Y. Arashida, R. Nishimori, Y. Emoto, Y. Yamamoto, K. Kawasaki, Y. Saida, S. Jeong, K. Akada, K. Takubo, H. Shigekawa, J. Fujita, S. Koshihara, S. Yoshida, M. Hada
Organizer
OLC2021SWS2022
Int'l Joint Research
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