2020 Fiscal Year Annual Research Report
マルチフェロイック物質における光・マグノン・フォノン結合と伝播イメージング
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19H01828
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 琢哉 東京工業大学, 理学院, 教授 (40451885)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超高速分光 / マルチフェロイック物質 / マグノン / フォノン・ポラリトン / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、フェムト秒光パルスを用いてBiFeO3にTHz帯反強磁性スピン波（マグノン）とフォノン・ポラリトンを励起し、それらが結合したマグノン・フォノン・ポラリトンの空間伝播ダイナミクスを実時間でイメージングし、その物理を解明することを目的とする。
今年度は、前年度に購入した冷凍機の本格稼働を目指し、チラーの設置、実験室環境の整備等を行った。そして、マルチフェロイック物質BiFeO3において、様々な温度におけるポンプ・プローブイメージングを行った。励起光源は繰り返し周波数1kHz、パルス幅70fsのフェムト秒パルスレーザーであり、直線偏光のポンプ光で試料をインパルシブに励起した。円偏光のプローブ光により試料の複屈折を測定し、CMOSカメラを用いることでイメージングした。得られた時間・空間分解データをフーリエ変換することで、周波数・波数空間における分散関係を得た。BiFeO3はサブTHzにΦ、Ψマグノンモード、2.4THzにEフォノンモードが観測されている。分散曲線においては、分散の小さいマグノンモードと、フォノンと電磁波が結合したフォノン・ポラリトンが観測された。温度を下げるとともに、明瞭なマグノンピークが観測され、その周波数は増大した。マグノンとフォノン・ポラリトンの結合を観測するためには、励起波数をさらに上げること、周波数・波数分解能をさらに向上させることが必要であることが判明した。
実験で得られた時間・空間分解データから効率的に分散関係を得る数値計算手法についてまとめ、論文発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍の研究活動抑制が影響し、冷凍機の本格稼働が遅れたが、年度後半の集中的な実験により遅れを取り戻した。
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| Strategy for Future Research Activity |
マグノンとフォノン・ポラリトンの結合を観測するために、励起波数をさらに上げること、周波数・波数分解能をさらに向上させることを目指す。分散関係上で両者が交わる点におけるアンチクロッシングを調べる。それによって、マグノンとフォノン・ポラリトンの結合状態が得られ、マルチフェロイック物質における強結合状態についての知見を得る。
励起されたマグノン・フォノン・ポラリトンとポンプ・プローブ偏光との関係、温度依存性を詳細に検討し、励起機構と検出機構を明らかにする。逆ファラデー効果、逆コットン・ムートン効果などの非共鳴インパルシブ誘導ラマン散乱過程のほか、光の吸収に基づく光弾性結合の可能性について検討する。
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