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2013 Fiscal Year Research-status Report

X線自由電子レーザーを用いた強相関電子のリアルタイム観察

Research Project

Project/Area Number 25610089
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

笹川 崇男  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (30332597)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywords強相関電子系 / X線自由電子レーザー / 電荷スピン秩序
Research Abstract

ナノの世界における超高速現象をストロボ撮影できるX線自由電子レーザーを用いて、時間分解共鳴X線散乱実験を行うことにより、強相関電子系物質における高温超伝導や巨大磁気抵抗などの発現メカニズムのカギを握る「電子の集団運動」をリアルタイム観測に挑戦した。
赤外線集光加熱炉を用いた溶媒移動浮遊帯域(TSFZ)法を駆使して、Ni 平面正方格子上に電荷とスピンの秩序をもつLa2-xSrxNiO4 について、組成を系統的に変化させた試料を、良質で大型な単結晶として育成し、一通りの基礎物性評価を行うことで、続くX線自由電子レーザー実験の準備を行った。
フェムト~ピコ秒の時間スケールで変化する電子秩序状態の様子を、X線自由電子レーザーを用いた時間分解共鳴X線回折法によって観察した。実験は、スタンフォード大学構内のSLAC 国立加速器研究所・線型加速器コヒーレント光源(LCLS)のSXR ビームラインにおいて行った。
Ti サファイアレーザーの光パルスで励起した電子秩序状態の過渡的変化を、Ni L3 吸収端に調節したX線自由電子レーザーによる共鳴X線回折強度の時間変化として詳細に測定した。これにより、ナノスケールで複雑に相互作用しあう電子集団の超高速ダイナミクスについて、振幅・位相・相関長の時空間での変化と絡み合いを定量的に明らかにすることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初予定のX線自由電子レーザーを用いた実験を順調に実施することができ、その成果もインパクトファクターの高い専門誌 Physical Review Letters に掲載することが出来た。また、派生して実験を開始した同一単結晶試料を用いた赤外領域の時間分解分光測定においても、予期していなかった大きな成果が上がり、読者層の多い科学誌 Nature Communications に論文を掲載することが出来た。

Strategy for Future Research Activity

提案したアプローチによる研究推進は当初計画以上に進展していると自負している。更にデータを蓄積し、異なる手法から得られた結果との多角的な解析と考察を進めることにより、ナノスケールで複雑に相互作用しあう電子集団の超高速ダイナミクスについての知見を深めることに努める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

本年度は、国際会議を含めて成果発表を行う関連分野の研究集会が近郊に集中したため、当初予定の旅費を大幅に節約することができた。
更に国内外の主要な研究集会における成果公表に努める。

  • Research Products

    (7 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Ultrafast Charge Localization in a Stripe-phase Nickelate2013

    • Author(s)
      G. Coslovich, B. Huber, W. -S. Lee, Y. -D. Chuang, Y. Zhu, T. Sasagawa, Z. Hussain, H. A. Bechtel, M. C. Martin, Z. -X. Shen, R. W. Schoenlein, and R. A. Kaindl
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 4 Pages: 2643/1-6

    • DOI

      10.1038/ncomms3643

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unconventional Photonic Change of Charge-density-wave Phase in Two-leg Ladder Cuprate Sr14Cu24O412013

    • Author(s)
      R. Fukaya, Y. Okimoto, M. Kunitomo, T. Ishikawa, K. Onda, S. Koshihara, A. Isayama, and T. Sasagawa
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 82 Pages: 083707/1-4

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.083707

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast Real Space Dynamics of Photoexcited State in a Layered Perovskite-type Spin Crossover Oxide La1.5Sr0.5CoO42013

    • Author(s)
      Y. Okimoto, T. Egawa, R. Fukaya, Y. Matsubara, Y. Yamada, N. Yamaya, T. Ishikawa, K. Onda, S. Koshihara, H. Taniguchi, M. Itoh, A. Isayama, and T. Sasagawa
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 82 Pages: 074721/1-8

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.074721

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-time Manifestation of Strongly Coupled Spin and Charge Order Parameters in Stripe-ordered Nickelates via Time-resolved Resonant X-ray Diffraction2013

    • Author(s)
      Y. D. Chuang, W. S. Lee, T. Sasagawa, Z. X. Shen, et al.
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110 Pages: 127404/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.127404

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 層状ペロブスカイトCo酸化物における時間分解ラマン分光2014

    • Author(s)
      深谷亮、沖本洋一、山谷奈央、田中誠一、恩田健、石川忠彦、腰原伸也、諌山晃、笹川崇男、秋光純、堀金和正
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] Photo-induced dynamics of strongly coupled charge and spin order parameters2013

    • Author(s)
      W.S. Lee, T. Sasagawa, Z.-X. Shen, Z. Hussain et al.
    • Organizer
      Spectroscopy of Novel Superconductors
    • Place of Presentation
      Berkeley, USA
    • Year and Date
      20130624-20130628
  • [Remarks] 東京工業大学応用セラミックス研究所・笹川研究室

    • URL

      http://www.msl.titech.ac.jp/~sasagawa/index.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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