2023 Fiscal Year Annual Research Report
高強度テラヘルツ波による遷移金属ダイカルコゲナイドの秩序変数操作と動的電子相制御
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21K13860
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉川 尚孝 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20819669)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 光誘起相転移 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 非平衡状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い電子格子相互作用に起因して生じる電荷密度波(CDW)物質では、光パルスにより非断熱的に電子系を励起した際に、CDW形成に関わる格子系の選択的な熱化が過渡的に生じ、電子格子全系の温度上昇では記述できない高効率なCDW融解を伴う非平衡状態が現れる。我々は、昨年度までの研究で、遷移金属ダイカルコゲナイド薄膜におけるテラヘルツ(THz)波励起による非熱的な電荷密度波(CDW)融解現象を見出した。CDW融解の機構には、THz波による集団励起モードの共鳴励起に由来する格子駆動の機構と、低エネルギーの部分系に効率的にエネルギーが注入される機構が考えられるが、ダブルTHz波パルス励起を用いた実験によってこれらの寄与を調べることで、観測されたCDW融解が主にTHz波パルスによるCDW部分系への選択的エネルギー注入によるものと結論づけた。
今年度は、CDW融解状態の理解のため、格子再構成に伴うフォノン振動の観測と、非熱的CDW融解状態の持続時間をポンププローブ分光法により詳細に調べた。その結果、CDWが融解するような状況下でCDW相では見られない振動を観測した。その固有振動数から、観測されたモードは熱平衡においてはCDW転移温度以上でのみ観測されるソフトフォノンモードであると考えられ、THz波パルスによるエネルギー注入は熱平衡のCDW融解には至らないにもかかわらず格子の再構成を伴うCDW融解が起きていることを支持する結果を得た。また、非熱的状態の寿命は~400 psあることがわかり、準安定的に相転移が生じていることを明らかにした。一連の研究によって、低光子エネルギーのTHz波を用いてCDW系を強励起した際に現れる非熱的CDW融解現象を明らかにした。
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