三角格子強相関絶縁体における電子強誘電性と光・テラヘルツ制御

• Project/Area Number: 12J04372
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 伊藤 桂介 東北大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 電子誘電体 / 光誘起相転移 / テラヘルツ時間領域分光 / ポンププローブ分光 / BEDT-TTF / LuFe_2O_4

Research Abstract

本年度は、申請者が前年度見出した電子誘電体における新たな光誘起相転移現象について、そのダイナミクスやバックグラウンドに関する詳細な知見を得ることを目的とした。
κ-(ET)_2Cu_2 (CN)_3において、研究代表者が見出した分極の集団励起の増大や、低周波の誘電異禽が報告されている～30Kの領域で、b軸偏光・55cm^<-1>の分子間振動モードが顕著な先鋭化を起こすことを見出した。周波数分解能<1cm^<-1>の高精度テラヘルツ分光により、このフォノンスペクトルの先鋭化はガウス型からローレンツ型への特徴的な形状変化を伴うものであり、～30Kでの電荷揺らぎが引き起こす、分子間振動スペクトルのモーショナルナローイングだと考えられた。そこで、モーショナルナローイングのモデルを仮定してスペクトル解析を行うことで、電荷の揺らぎが～30Kから低温に向け抑制されることを見出した。これらの結果を、日本物理学会にて発表するとともにPhys. Rev. B誌に投稿し、採録された。
続いて層状鉄酸化物LuFe_2O_4においては、平成24年度に発見し、学会等で報告した偏光選択的な光誘起反強磁性―強磁性転移について、光励起・テラヘルツプローブ分光を用いてダイナミクスの解明を目指した。とくに、LuFe_2O_4の特徴である三次元的な電荷秩序が、光誘起磁気転移に際して如何に振る舞うかに注目し、実験を行った。その結果、まず定常状態において、面間方向<50cm^<-1>のエネルギー領域に巨大な緩和モードが存在し、三次元電荷秩序の形成とともにスペクトル強度が抑制されることを観測した。続いて、光励起後のスペクトル変化に注目したところ、単純な電荷秩序の融解ではなく、何らかの異なる電荷状態への変化が起きていることを見出した。これは、強相関系特有の電荷―磁気結合が現れた例だと考えられ、電子誘電体としての基礎物性のみならず、新奇な電子デバイスとしての可能性を開く結果を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Narrowing of phonon spectrum induced by ultrafast charge fluctuations in an organic dimer Mott insulator (2013)
  • Author(s): K. Itoh, H. Itoh, S. Saito, I. Hosako, Y. Nakamura, H. Kishida, N. Yoneyama, T. Sasaki, S. Ishihara, and S. Iwai
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 88 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.125101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Collective Excitations of an Electric Dipole on a Molecular Dimer in an Organic Dimer-Mott Insulator (2013)
  • Author(s): K. Itoh, H. Itoh, M. Naka, S. Saito, I. Hosako, N. Yoneyama, S. Ishihara, T. Sasaki, and S. Iwai
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 110 Issue: 10 Pages: 106401-106401
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.106401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced Growth of Ferroelectric Charge Order in Organic Dimer-Mott insulator (2012)
  • Author(s): K.Itoh, H.Itoh, S.Iwai, M.Naka, S.Ishihara, S.Saito, N.Yoneyama, T.Sasaki
  • Journal Title: XVIIIth International Conference on Ultrafast Phenomena Volume: 1 Pages: 03020-03020
  • DOI: 10.1051/epjconf/20134103020
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電子型誘電体κ-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3におけるテラヘルツ応答と光誘起相転移 (2014)
  • Author(s): 伊藤桂介, 後藤和紀, 伊藤弘毅, 齋藤伸吾, 米山直樹, 佐々木孝彦, 石原純夫, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] テラヘルツ波発生を用いたα型ET塩における光誘起相転移の観測II (2014)
  • Author(s): 伊藤弘毅, 伊藤桂介, 後藤和紀, 山本薫, 薬師久弥, 岸田英夫, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] 電子誘電体α-(ET)_2I_3における光誘起相転移のテラヘルツ分光 (2014)
  • Author(s): 後藤和紀, 伊藤桂介, 伊藤弘毅, 山本薫, 薬師久弥, 岸田英夫, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] 三角格子強相関絶縁体のテラヘルツ電荷ダイナミクス (2014)
  • Author(s): 伊藤桂介
  • Organizer: 東北大学大学院理学研究科 物理学専攻賞授賞式
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2014-02-21
  • Invited
• [Presentation] 層状鉄酸化物LuFe_2O_4における光誘起電荷・スピン相転移 (2013)
  • Author(s): 伊藤桂介, 後藤和紀, 山田研太郎, 石川貴悠, 伊藤弘毅, 石原純夫, 齋藤伸吾, 狩野旬, 永田知子, 深田幸正, 神戸高志, 池田直, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-27
• [Presentation] 電場印加下におけるβ'-(BEDT-TTF)_2ICl_2のテラヘルツ時間領域分光 (2013)
  • Author(s): 伊藤桂介, 後藤和紀, 伊藤弘毅, 齋藤伸吾, 岸田英夫, 佐々木孝彦, 谷ロ弘三, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-27
• [Presentation] 電子誘電体におけるテラヘルツ応答の電場効果 (2013)
  • Author(s): 後藤和紀, 伊藤桂介, 伊藤弘毅, 齋藤伸吾, 岸田英夫, 佐々木孝彦, 谷口弘三, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] テラヘルツ波発生を用いたα型ET塩における光誘起相転移の槻測 (2013)
  • Author(s): 伊藤弘毅, 伊藤桂介, 後藤和紀, 山本薫, 薬師久弥, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-25
• [Presentation] 電子型誘電体LuFe_2O_4における光誘起相転移のテラヘルツ分光 (2013)
  • Author(s): 伊藤桂介
  • Organizer: 第58回物性若手夏の学校
  • Place of Presentation: 滋賀県 白浜荘
  • Year and Date: 2013-08-14
• [Presentation] ダイマーモット絶縁体β'-(BEDT-TTF)21C12のテラヘルツ時間領域分光II (2013)
  • Author(s): 伊藤桂介、後藤和紀、伊藤弘毅、斎藤伸吾、岸田英夫、佐々木孝彦、谷口弘三、岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会2013年春季大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] 層状鉄酸化物LuFe2O4における光誘起相転移の層間ダイナミクスII (2012)
  • Author(s): 伊藤桂介、伊藤弘毅、岩井伸一郎、石原純夫、斎藤伸吾、橋本顕一郎、佐々木孝彦、狩野旬、永田知子、深田幸正、神戸高志、池田直
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] ペロプスガイド型酸化物LaCo03におけるスピン転移とテラヘルツ分光 (2012)
  • Author(s): 伊藤桂介、伊藤弘毅、岩井伸一郎、石原純夫、斎藤伸吾、橋本顕一郎、佐々木孝彦、山田重樹、有馬考尚
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] PHOTOINDUCED GROWTH OF POLAR CLUSTER IN κ(ET)_2C_<U2>(CN)_3 (2012)
  • Author(s): K.Itoh, H.Itoh, M.Naka, S.Saito, I.Hosako, N.Yoneyama, S.Ishihara, T.Sasaki, S.Iwai
  • Organizer: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals
  • Place of Presentation: Atlanta, US
  • Year and Date: 2012-07-09
• [Presentation] Photoinduced growth of ferroelectric charge order in organic dimer-Mott insulator (2012)
  • Author(s): K.Itoh, H.Itoh, S.Iwai, M.Naka, S.Ishihara, S,Saito, N.Yoneyama, T.Sasaki
  • Organizer: 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials
  • Place of Presentation: Groningen, Netherlands
  • Year and Date: 2012-07-04
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.tohoku.ac.jp/news/2013/02/post-292.html