Manipulation of the order parameters and dynamical electronic phase transition in transition-metal dichalcogenides using intense terahertz-wave pulse

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13860
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yoshikawa Naotaka 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20819669)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光誘起相転移 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / テラヘルツ分光 / 高強度テラヘルツ波 / 電荷密度波

Outline of Final Research Achievements

In this study, we observed the nonthermal melting of CDW by low-photon-energy terahertz (THz) waves in a transition-metal dichalcogenide thin film exhibiting charge density waves (CDW). We investigated the mechanism of the nonthermal melting from the dynamics using various pump-probe spectroscopy and concluded that it originates from selective energy injection into the electron and lattice subsystem involved in CDW formation. A new phonon oscillation were observed above the CDW melting intensity, suggesting ultrafast lattice deformation. We also found that the nonthermal state induced by THz waves live for more than 100 ps.

Free Research Field

光物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は固体電子系の電子秩序相の一種である電荷密度波について、相転移を特徴づける秩序変数の光による操作と動的な相転移を目指したものであり、成果としてテラヘルツ波による非熱的な電荷密度波の融解現象の観測とその起源解明をした。高強度テラヘルツ波を用いることで効率的かつ1ピコ秒スケールの時間で超高速な電荷秩序の制御を実現し、電荷密度波の制御ツールとして低光子エネルギーのテラヘルツ波を用いることが有用であることを示した。省エネルギーの超高速スイッチングの動作原理などに繋がることが期待される。