2023 Fiscal Year Annual Research Report
Non-equilibrium dynamics of quantum order in strongly correlated electron system revealed by using ultrafast x-ray pulses
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21K03457
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
深谷 亮 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, 特任助教 (30735072)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光誘起相転移 / 強相関電子系 / 超高速光科学 / 時間分解X線回折 / 放射光科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光誘起相転移過程における強相関電子物性を反映する多様な量子自由度の長距離秩序構造ダイナミクスを、放射光やX線自由電子レーザー(XFEL)を複合的に利用した時間分解X線回折・散乱法により、対象となる量子自由度の時間スケールやエネルギースケールに合わせて元素選択的に観測することを目的としている。
本研究で開発・高度化を進めていた放射光を利用した高サンプリング周波数時間分解硬・軟X線回折・散乱計測システムが実用化され、最終年度より利用フェーズへと移行したことにより、主に以下の成果を得ることができた。
1)3d遷移金属元素のL吸収端や酸素のK吸収端の放射光軟X線パルスを利用した時間分解共鳴軟X線散乱により、スピンクロスオーバー遷移金属酸化物やマルチフェロイック物質のサブナノ秒の時間スケールで過渡的に変化する各元素サイトの磁気共鳴散乱の時間発展を、元素選択的に観測することに成功した。これにより、光励起状態で高速に変化する3d遷移金属酸化物の電荷・磁気・軌道秩序状態や、遷移金属の3d電子と配位している酸素の2p電子との過渡的な軌道混成状態の非平衡ダイナミクスを明らかにすることに成功した。
2)放射光硬X線パルスを利用した時間分解X線回折実験により、遷移金属サイトの二量体形成や電荷秩序状態を示す遷移金属酸化物において、サブナノ秒の時間スケールで過渡的に変化する結晶構造や電子秩序状態が相関した非平衡ダイナミクスの観測に成功した。これら放射光を利用して得られた実験結果を基に、XFELを利用したフェムト秒実験へ展開した。
これら硬・軟X線領域で得られた電子秩序状態・格子自由度の非平衡ダイナミクスの情報を相補的に組み合わせることにより、量子自由度が様々な時間スケールで逐次的かつ複雑に協奏する光誘起相転移現象のメカニズムの本質を理解するための明確な指針を与えることができた。
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[Journal Article] Visualization of the Dynamics of Photoinduced Crawling Motion of 4-(Methylamino)Azobenzene Crystals via Diffracted X-ray Tracking2023
Author(s)
Koichiro Saito, Kouhei Ichiyanagi, Ryo Fukaya, Rie Haruki, Shunsuke Nozawa, Daisuke Sasaki, Tatsuya Arai, Yuji C. Sasaki, Keegan McGehee, Makoto Saikawa, Minghao Gao, Zhichao Wei, Dennis Kwaria, Yasuo Norikane
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Journal Title
International Journal of Molecular Sciences
Volume: 24
Pages: 17462～17462
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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