2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K03801
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮本 辰也 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (40755724)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光誘起相転移 / 高強度テラヘルツパルス / 強相関電子系 / 量子トンネル効果 / ポンプープローブ分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関系物質では、光誘起絶縁体―金属転移をはじめとして高効率・超高速の光誘起相転移現象が見出されており、将来の光スイッチデバイスへの応用が期待されている。この現象は、学術的にも、光物性や非平衡物理の新しいトピックスとして、近年盛んに研究されている。しかし、この方法では必然的に系の温度上昇が生じ、基底状態への回復に数十ピコ秒の時間を要するため、光スイッチとしての高速性が失われる。この問題を解決するために、申請者はテラヘルツパルスに注目した。テラヘルツパルスは可視光よりも約三桁光子エネルギーが小さいため、温度上昇の効果を抑えることができる。
本研究では、まず、有機非線形光学結晶であるDSTMSを利用することによって、最大で3 MV/cmを超える電場強度を持つテラヘルツパルスを発生させることに成功した。次に、発生させたテラヘルツパルスを一次元モット絶縁体であるET-F2TCNQに照射した後の反射率スペクトル変化を測定した。2.8 MV/cmのテラヘルツパルスを照射した場合、モットギャップの反射率が減少し、低エネルギー側で反射率が増大するという結果が得られた。これは、金属状態を表すドルーデ応答の特徴であり、モット絶縁体－金属転移が生じていることを意味する。また、金属化がテラヘルツ電場強度に対して閾値的に生じることを明らかにした。これは、テラヘルツパルスによるモット絶縁体－金属転移が、強電場による量子トンネル効果によるキャリア生成に起因したものであることを示唆する結果である。
さらに、電子と正孔がクーロン相互作用により励起子を形成することによって絶縁体化した励起子絶縁体Ta2NiSe5や、電荷秩序絶縁体であるマンガン酸化物Gd0.55Sr0.45MnO3といった別種類の強相関絶縁体においても、テラヘルツパルス照射による金属化に成功したことが、本研究の成果である。
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