2021 Fiscal Year Annual Research Report
フェムト秒レーザー励起による相転移歪を有する結晶間の超高速相変化機構の確立
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20K21070
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
市坪 哲 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40324826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷村 洋 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70804087)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 光相変化 / 超高速相転移 / 結晶-結晶相転移 / レーザー誘起 / 電流誘起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光相変化材料では光励起による結晶-アモルファス間の高速相変化機構が採用されている．本研究では，省エネルギー・高速化を可能とする新しい相変化機構として「結晶-結晶間の超高速相変化機構」を検討し，そのような機構を有する高速相変化材料を試作できるか否かを探査することを目的とする．
本研究では，結晶構造に電荷密度波（CDW）不安定性を有し，480K以下で結晶構造内に歪を有する遷移金属カルコゲナイド化合物VTe2に着目し，フェムト秒レーザー照射後の超高速光応答をポンプ-プローブ分光測定により研究した．測定された反射率変化には，コヒーレント光学フォノンに由来する周期的な振動が観測された．励起強度が低い際にはこれらの周波数は低温相のVTe2のA1gモードと一致した．一方で，励起強度の上昇に伴い，4.4THz付近の振動数を有するモードの振幅の増大が，特に励起直後の時間領域において観測された．この振動数は，第一原理計算，および高温ラマン測定によって決定される高温相のA1gモードの値と一致しており，フェムト秒レーザー照射による低温相-高温相転移が生じたことを示唆する結果となっている．この4.4THzの振動について，時間分解フーリエ変換を用いて詳細な解析を行ったところ，以下の結論が得られた．（１）高温相に由来する振動は1 ps以内に開始しており，この時間領域は電子-格子間でエネルギーの平衡が達成される時間としては短いため，相転移はレーザーによる電子励起の効果に起因する超高速相転移であることが示唆された．(２)低温相と高温相の振動が同時に観測されており，かつポンプ光とプローブ光の侵入深さを考慮すると，プローブ領域全体が相転移のしきい値以上の強度で励起されている場合においても両相に由来する振動が観測された．このことから，このCDW融解は核生成・成長モードにより進行することが明らかになった．
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| Remarks |
タイトルがNonthermal melting of charge-density-wave order via nucleation in VTe2とする論文を現在Physical Review Bに投稿，再審査中となっています．
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