2011 Fiscal Year Annual Research Report
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19001002
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
谷村 克己 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (00135328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
那須 奎一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 名誉教授 (90114595)
金崎 順一 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80204535)
石丸 学 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (00264086)
楊 金峰 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (90362631)
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| Keywords | 光誘起構造相転移 / フェムト秒時間分解分光 / 時間分解電子回折 / 走査型トンネル顕微鏡 / 励起状態第一原理分子動力学 / 励起状態動力学 / RFフォトカソード / 電子顕微鏡 |
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| Research Abstract |
最終年度に当たる本年度は、4つの分担課題を有機的に遂行し、以下に述べる重要な成果を達成した。
第一に、我々が開発した世界最高性能を示すフェムト秒時間分解電子回折装置を用い、Si,GaAs等の半導体結晶、虹AI等の金属結晶に対して、超短光パルスによる高密度励起下での秩序-無秩序相転移現象を含む超高速構造動力学の直接的知見を体系的に獲得した。典型的な非可逆過程である金属結晶のsuper heatingに伴う均一溶融過程と非熱的無秩序化に対する研究は、本装置の単一パルス回折測定能力を存分に発揮したものであり、非平衡開放系における構造的応答の特徴を鮮明に表す結果を獲得した。
第二に、光誘起相転移に固有な、熱力学的転移では到達できない隠された物質相の発見と開拓に対し、本研究で発見した第三の炭素凝縮相(Daiaphite)創製過程における初期条件敏感性の起源を解明した他、強相関電子系のVO_2の金属絶縁体転移過程においてmonoclinic金属相を発見し、その特徴を明らかにした。
第三に、フェムト秒時間分解光電子分光法を用い、構造相転移を誘起する励起状態の超高速緩和過程を時間・運動量・エネルギーの多次元空間で直接的に把握する研究を大きく展開させた。特にSiに対しては、超高速で発生するcubic-tetragonal構造転移の機構を解明するとともに、GaAs,InP等の直接半導体に対して、励起電子系の緩和をフェムト秒時間領域で解明し、電子系のみの準平衡化に関与する電子電子相互作用と格子系へのエネルギー移行を支配する電子格子相互作用の役割とその物質依存性を解明した。
第四に、光誘起構造相転移動力学の理論的研究においては、電子構造と電子格子相互作用定数に対する第一原理理論、エネルギー移行を受けた格子系運動に対する分子動力学理論、その結果得られる格子座標を直接用いた電子回折強度の理論計算など、先端的理論手法を有機的に組み合わせた解析手法を確立した。その計算コードを駆使して、超高速構造変化の実験結果を解析し、金属の秩序-無秩序相転移過程に関する原子レベルでの微視的理解を達成した。
以上、本研究は、半年間の期間延長を含め、当初計画した目的を大きく上回る成果を達成した。
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[Book] Nanoscale sp2 sp3 conversion by visible light irradiation in graphite, "Graphite : Properties, Occurrences and Uses", ed. byQ. C. Campbell, Chap.32013
Author(s)
L. Radosinski, K. Nishioka,K. Nasu, D. Wojt
Total Pages
1-46
Publisher
Nova Science Publishers, Hauppauge, NY, USA
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