coherent control of molecular vibrations in the ultra-strong coupling regime

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01890
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: Katsuki Hiroyuki 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (10390642)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 振動ポラリトン / 超高速分光 / 強結合状態

Outline of Final Research Achievements

In this research period, I proposed a new experimental method for tuning the cavity length in a wide range from 1 to 100 μm without using conventional spacers for vibrating polaritons. Furthermore, the effect of temperature-induced phase transitions of liquid crystal molecules on the polariton state was analyzed, and it was suggested that the polariton state has a different orientation distribution from that of ordinary bulk samples in the smectic A phase.
Finally, we succeeded in observing the ultrafast dynamics of polariton states in organic molecular samples by mid-infrared pump-probe measurements using ultrashort pulses. These results are important for providing new knowledge in the field of vibrational polaritons, which is still in its infancy.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光との強結合によって物質の性質を変える可能性を持った振動ポラリトンという状態の研究において、スペーサを利用しない可変長キャビティ構造を提案した。液晶分子の相転移によるラビ分裂変化の情報から、キャビティ内での分子間相互作用がバルク状態とは異なっている可能性を見出した。この結果は、これまで報告されている振動ポラリトンの特性とも関連していると考えられる。超高速分光によって振動ポラリトンの緩和ダイナミクスを直接観測する手法を化学反応と密接に関連した有機分子に展開した。以上の結果は振動ポラリトンが獲得する新奇特性の原因を理解する上で重要な貢献である。