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光励起状態の緩和と光誘起相転移の理論

研究課題

研究課題/領域番号 11215209
研究種目

特定領域研究(B)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

那須 奎一郎  高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (90114595)

研究分担者 富田 憲一  高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助手 (70290848)
岩野 薫  高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助手 (10211765)
研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
28,500千円 (直接経費: 28,500千円)
2001年度: 8,500千円 (直接経費: 8,500千円)
2000年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
1999年度: 17,100千円 (直接経費: 17,100千円)
キーワード光誘起相転移 / 光励起 / 緩和 / 熱相転移との相違 / 光励起状態 / 秩序形成 / 多重安定性 / 自己増殖 / 熱相転移との相異 / 初期状態敏感性
研究概要

絶縁体結晶に僅か数個の可視光を照射しただけで、構成原子や電子の間に照射前とは全く異なる新しい秩序が成長し、照射部分だけ構造が変化し、光学的・磁気的・電気的特性も変わり、最終的には巨視的規模にまで達する光励起状態のドメインが出現する。このような不思議な現象が最近相次いで幾つかの絶縁体結晶で発見されている。これら一群の現象は総称して光誘起相転移と呼ぶ事が出来る。本研究では、幾つかの典型物質を対象にして、この光誘起相転移が、(I)如何なる条件下で起きるか、(II)如何なる動力学的機構を通して起きるか、(III)如何に通常の熱的相転移と相違するか、に付いて、理論的な研究を行った。就中、僅か数個の光照射と云う微視的過程から出発したにも拘らず、エネルギーの緩和と散逸を経るにつれ巨視的規模にまで成長すると云う、励起ドメインの自己増殖と秩序形成の動力学を、この転移の前駆現象も含めて詳しい研究を行った。本研究に登場した研究対象の物質は、有機電荷移動錯体、種々の金属錯体、マンガン系磁性化合物、無機半導体、ポリマー、等々である。具体的な研究主題には色々ありますが、主なものは以下の通りです。1)TTF-CAにおける光誘起構造相転移の動力学と初期条件敏感性、2)光誘起相転移と熱相転移との相違、励起状態のみに起きる対称性の破綻。
この中で、紙面の都合上、2)のみに限定し、詳しく報告いたします。通常の我々の物性物理学的研究は、対象となる物質が、如何なる性質を有するかを明らかにする学問である。しかし、如何なる性質を有するかと云う問いは、通常は、対象となる物質が温度と圧力の変化で如何に変化するかと云う対象物質の熱平衡状態のみに殆んど限定されています。ところが、京大理学部の田中等は、鉄ピコリル・アミン錯体結晶に関する光誘起相転移に関する極く最近の研究で、驚くべき結果を発見した。低温で光照射する事によりこの物質中に現れる巨視的光誘起相は、この物質の温度や圧力を変えて得られる如何なる熱平衡相にも存在しない、巨視的対称性の破綻を有する事が判明したのである。物質科学において、この結果は、極めて画期的で重要な意味を持っていると云えよう。何故なら、光で誘起される非平衡状態は、どの熱平衡状態にも現れない、対象物質の隠された可能性を、引き出し得る事が立証されたからである。
この状況に鑑み、那須は、拡張Peierls-Hubbard Modelを用いて、このモデル系の高温金属相、低温電荷密度波相、光誘起スピン密度波相を平均場と断熱近似で計算し、スピン密度波型対称性の破綻は、このモデル系の如何なる熱平衡相にも現れえず、光誘起非平衡相のみ現れる事を立証した。この方法論が、物質探索の一般論として完成されれば、物質を変えずに新しい状態を実現できる事になり、その影響は極めて大きいと思われる。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (24件)

  • [文献書誌] T.J.Inagaki, M.Aihara: "Nonlinear Optical Response by Spatially Separated Light Beams in a Condensed Exciton System"Journal of Luminescence. 87-89. 856-858 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.J.Inagaki, M.Aihara, A.Takahashi: "Theory of the Luminescence Spectra of High-Density Electron-Hole Systems:Crossover from Excitonic Bose-Einstein Condensation to Electron-Hole BCS state"Solid State Communications. 115. 645-650 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.J.Inagaki, T.Iida, M.Aihara: "Many-body theory of pump-probe spectra for highly excited semiconductors"Physical Review B. 62. 10852-10860 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.J.Inagaki, M.Aihara: "Propagation properties of high-density exciton polaritons"Excitonic Processes in Condensed Matter(edited by K.Cho and A.Matsui,World Scientific). 453-456 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.J.Inagaki, M.Aihara: "Pump-probe spectroscopy by infrared probe light in highly excited semiconductors:Beyond the BCS-like mean-field analysis"Proceedings of 25th International Conference on the Physics of Semiconductor,(edited by N.Miura and T.Ando,Springer Verlag). 107-108 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.J.Inagaki, M.Aihara: "Infrared absorption and reflection spectra of high-density electron-hole systems"Journal of Luminescence. 94-95. 533-536 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Ando, T.J.Inagaki, Y.Kanemitsu, T.Kushida, K.Maehashi, Y.Murase, H.Nakashima: "Photoluminescence properties of highly-excited CdSe quantum dots"Journal of Luminescence. 94-95. 403-406 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Takahashi, H.Gomi, M.Aihara: "Multi-photon excited states of two-dimensional strongly correlated electron systems"Journal of Luminescence. 94-95. 499-502 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Takahashi, S.Yoshikawa, M.Aihara: "Multi-photon excited states of two-dimensional strongly correlated electron systems"Physical Review B. (印刷中). (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.J.Inagaki, M.Aihara: "Many-body theory for luminescence spectra in high-density electron-hole systems"Physical Review B. (印刷中). (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Nasu, P. Huai and H. Mizouchi: "Photoinduced Structural Phase Transitions and their Dynamics"J. P. CM. 13. R693-R721 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Mizouchi and K. Nasu: "Initial Condition Sensitivity in Photoinduced Structural Phase Transitions, -An Iterative Equation for Exciton Proliferation during Lattice Relaxation-"J. Phys. Soc. Jpn.. 70. 2175-2184 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Mizouchi, H. Ping and K. Nasu: "Theory for Photoinduced Structural Phase Transition""Photoinduced Phase Transitions and Their Precursor Phenomena" ed. K. Nasu, Phase Trasitions B (Gordon Breach, Oxford). 74. 1-20 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Tomita and K. Nasu: "Unified theory for Photoemission and Light Absorption Spectra of one-dimensional interacting electron system"Phys. Rev. B. 64. 125118(1~5) (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X. Sun, R. L. Fu, K. Yonemitsu and K. Nasu: "Photo-induced phenomenon in polymers"Phys. Rev. A. 64. 032504(1~7) (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X. Sun, R. L. Fu, K. Yonemitsu and K. Nasu: "Photo-induced Polarization Inversion in a Polymeric Molecule"Phys. Rev. Letters. 84. 2830-2832 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nasu, H.Ping, H.Mizouchi: "Photoinduced structural phase Transitions and their Dynamics"J. Phys. C. M.. Vol.13. R693-R721 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Mizouchi, H.Ping, K.Nasu: "Theory for photoinduced Structural Phase Transitions"Phase Transitions (Gordon and Breach). 74. 1-20 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] N.Tomita, K.Nasu: "Unified Theory for Photoemission and Light Absorplion spectra of one-dimensional interactiong electron system"Phys Rev B. 63. 125118(1)-125118(5) (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Keiichiro Nasu: "Nonlinear nonequilibrium quantum dynamics of Photoinduced Structural Phase Transitions"J.of.Luminescence. 87-89. 86-89 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Zheng and K.Nasu: "Effects of Quantum Lattice Fluctuations on absorption spectrum of BaBiO_3"Physica B. 292. 344-353 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] N.Tsuda,K.Nasu,A.Fujimori and K.Shiratori: "Electronic Conduction in Oxides"Springer-Verlag. 365 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 〓平、溝内秀男、那須奎一郎: "光誘起構造相転移の理論"固体物理(アグネ技術センター). 34巻 12号. 39-47 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 那須奎一郎: "物質は光で転生する"科学 (岩波書店). 70巻 2号. 146-153 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2018-03-28  

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