赤外モノサイクル位相制御光による光誘起相転移の研究

• 研究課題/領域番号: 13J05100
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 石川 貴悠 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 光誘起相転移 / 強相関電子系 / 超高速現象 / 有機伝導体 / 遷移金属酸化物

研究実績の概要

1 ～単一サイクル位相制御赤外6 fsパルス（～1.3サイクル）の整備;
これまでに開発を行ってきた単一サイクル6 fs光源の、シュミレーションによる波形解析を行い、スペクトルおよびパルス波形の決定要因を調べた。その結果から、パルス波形整形、安定化を進め、簡便な分光利用を可能にした。
2 上記光源を用いた、有機伝導体、遷移金属酸化物の新規試料における光強電場効果の探索；a) 擬一次元有機伝導体 (TMTTF)2AsF6；電荷秩序絶縁体(TMTTF)2AsF6は、ギャップが小さく、高周波数のスペクトルはドルーデモデルのプラズマ端（ωp）に類似の反射端によって特徴づけられる。本研究では、この反射端の光電場誘起変化を、ローレンツモデルを用いて解析し、ωp=(ne^2/(ε0ε∞m))が3%減少（移動積分の減少6%に対応）することを明らかにした。このωpの変化は、電子温度の上昇よりも遥かに速い約20fsの時間スケールで立ち上がること、電荷ギャップのエネルギーを反映する周期20 fsの振動を伴なうこと、などが明らかになった。また理論解析によって、このωpの減少や時間軸振動には、電子相関の強さが本質的な効果を及ぼしていることを明らかにした（Phys. Rev. B　受理済、arXiv:1603.08374）。
b) 二次元有機伝導体　θ-(ET)2CsZn(SCN)4
電荷グラス状態を示すθ-(ET)2CsZn(SCN)4　においても、同様に実験、解析（ただし拡張ドルーデモデルを使用）を行い、ωpの減少から移動積分の変化のダイナクスを明らかにした。(TMTTF)2AsF6では、移動積分の減少が、格子変位によって安定化したのに対し、θ-(ET)2CsZn(SCN)4　においては、安定化の機構が働かず、約40 fsという短い時間で移動積分の減少は回復することが分かった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast response of plasma-like reflectivity edge in (TMTTF)_2AsF_6 driven by 7-fs, 1.5-cycle strong-light field (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Naitoh, Y. Kawakami, T. Ishikawa, Y. Sagae, H. Itoh, K. Yamamoto, T. Sasaki, M. Dressel, S. Ishihara, Y. Tanaka, K. Yonemitsu, S. Iwai
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical freezing of charge motion in an organic conductor (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, Y. Sagae, Y. Naitoh, Y. Kawakami, H. Itoh, K. Yamamoto, K. Yakushi, H. Kishida, T. Sasaki, S. Ishihara, Y. Tanaka, K. Yonemitsu and S. Iwai
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 5528-5528
  • DOI: 10.1038/ncomms6528
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced Coherent Spin Fluctuation in Primary Dynamics of Insulator to Metal Transition in Perovskite Cobalt Oxide (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, K. Yamada, H. Itoh, S. Iwai, T. Arima, S. Yamada. and T. Sasaki
  • 雑誌名: Euro. Phys. J, Web of Conference (Ultrafast Phenomena XVIII) 巻: 41 ページ: 03013-03013
  • DOI: 10.1051/epjconf/20134103013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent Electron Dynamics in 10 fs Time Scale in Organic Charge Ordered and Dimer-Mott Insulators (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Iwai, Y. Kawakami, T. Ishikawa, Y. Sakurai, H. Itoh, K. Ya mamoto, and T. Sasaki
  • 雑誌名: Euro. Phys. J, Web of Conference (Ultrafast Phenomena XVIII) 巻: 41 ページ: 03019-03019
  • DOI: 10.1051/epjconf/20134103019
  • 査読あり
• [学会発表] Driving charge and vibrational motions in strongly correlated organic conductors by nearly single-cycle 7fs, 10 MV/cm infrared strong field (2015)
  • 著者名/発表者名: T. ISHIKAWA, Y. NAITO, Y. KAWAKAMI, H. ITOH, K. YAMAMOTO, H. KISHIDA, T. SASAKI, M. DRESSEL, Y. TANAKA, K. YONEMITSU, S. IWAI
  • 学会等名: 11th Australasian Conference on Vibrational Spectroscopy (ACOVS11)
  • 発表場所: Sydney (Australia)
  • 年月日: 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] 電荷秩序型有機伝導体における光誘起電荷局在の励起偏光依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石川貴悠、内藤陽太、加藤隆寛、川上洋平、伊藤弘毅、山本薫、中村優斗、岸田英夫、佐々木孝彦、石原純夫、田中康寛、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] (TMTTF)_2AsF_6における瞬時強電場効果の超高速ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 内藤陽太、川上洋平、石川貴悠、加藤隆寛、伊藤弘毅、山本薫、佐々木孝彦、田中康寛、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 1.3サイクル6fsパルスによるダイマーモット絶縁体の瞬時強電場効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川上洋平、内藤陽太、石川貴悠、加藤隆寛、伊藤弘毅、米山直樹、佐々木孝彦、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] Charge-vibration dynamics driven by 6 fs, 1.3-cycle infrared pulses in dimer-Mott insulators (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawakami, T. Ishikawa, Y. Naitoh, H. Itoh, N. Yoneyama, T. Sasaki, S. Iwai
  • 学会等名: 11th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2015)
  • 発表場所: Bad Gogging (Germany)
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] Ultrafast optical response of the metallic phase of α-(ET)2I3 induced by 7 fs infrared pulse (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, Y. Naitoh, Y. Kawakami, H. Itoh, K. Yamamoto, K. Yakushi, H. Kishida, T. Sasaki, S. Ishihara, Y. Tanaka
  • 学会等名: 11th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2015)
  • 発表場所: Bad Gogging (Germany)
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス；電子強誘電体α-(ET)2I3 IV (2015)
  • 著者名/発表者名: 石川貴悠、寒河江悠途、内藤陽太、川上洋平、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、中村優斗、岸田英夫、佐々木孝彦、石原純夫、田中康寛、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス；電荷グラス物質θ-(ET)2CsZn(SCN)4 II (2015)
  • 著者名/発表者名: 内藤陽太、石川貴悠、寒河江悠途、川上洋平、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、橋本顕一郎、佐々木孝彦、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体における超高速電荷-振動ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 川上洋平、内藤陽太、石川貴悠、寒河江悠途、伊藤桂介、伊藤弘毅、米山直樹、佐々木孝彦、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス；電子強誘電体α-(ET)2I3 II (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川貴悠、寒河江悠途、内藤陽太、川上洋平、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、中村優斗、岸田英夫、佐々木孝彦、石原純夫、田中康寛、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス；電子強誘電体α-(ET)2I3 III (2014)
  • 著者名/発表者名: 川上洋平、石川貴悠、寒河江悠途、内藤陽太、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、中村優斗、岸田英夫、佐々木孝彦、石原純夫、田中康寛、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス；電子強誘電体 (TMTTF)2AsF6 II (2014)
  • 著者名/発表者名: 寒河江悠途、石川貴悠、内藤陽太、川上洋平、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、佐々木考彦、石原純夫、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] ダイマーモット型κ-ET塩における超高速電荷ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 内藤陽太、川上洋平、石川貴悠、寒河江悠途、伊藤桂介、伊藤弘毅、米山直樹、佐々木孝彦、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Spontaneous formation of correlated charge coherence induced by 1.5-cycle pulse in 1-D organic metal (TMTTF)2AsF6 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, Y. Sagae, Y. Naito, J. Ichimura, Y. Kawakami, H. Itoh, K. Yamamoto, K. Yakushi, S. Ishihara, T. Sasaki, K. Yonemitsu and S. Iwai
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena (UP2014)
  • 発表場所: Okinawa Convention Center in Okinawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] 10 fs dynamics of photoinduced magnetic transition in double-layered charge ordering in LuFe2O4 under interlayer excitation (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Sagae, K.Yamada, T. Ishikawa, K.Itoh, H. Itoh, T. Sasaki, T.Nagata, J. Kano, T. Kambe, S. Ishihara, N. Ikeda and S. Iwai
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena (UP2014)
  • 発表場所: Okinawa Convention Center in Okinawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス ; 電子強誘電体α-(ET)_2I_3 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川貴悠、山田研太郎、寒河江悠途、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、佐々木孝彦、石原純夫、米満腎治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス ; 電子強誘電体(TMTTF)_2AsF_6 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寒河江悠途、石川貴悠、山田研太郎、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、石原純夫、米満賢治、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] 1.5サイクル赤外パルスが駆動する超高速電荷ダイナミクス ; 電荷グラス物質θ-(ET)_2CsZn(SCN)_4 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田研太郎、市村純一、内藤陽太、石川貴悠、寒河江悠途、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、橋本顕一郎、佐々木孝彦、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] Ultrafast phase transitions in (TMTTF)_2AsF_6 and alpha-(ET)_2I_3 driven by infrared 1.5 cycle CEP stabilized pulse (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Iwai, T. Ishikawa, Y. Sagae, H. Itoh, K. Yamamoto, T. Sasaki
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: Denver, USA
  • 年月日: 2014-03-03
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] 擬一次元有機伝導体(TMTTF)_2AsF_6における光誘起相転移ダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 寒河江悠途、山田研太郎、石川貴悠、伊藤弘毅、山本薫、薬師久弥、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-25
• [学会発表] LuFe_2O_4における光誘起相転移の超高速電荷-格子ダイナミクスII (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田研太郎、石川貴悠、寒河江悠途、伊藤弘毅、狩野旬、永田知子、深田幸正、神戸高志、佐々木孝彦、石原純夫、池田直、岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-25
• [備考] 東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 超高速分光研究室（岩井研究室）
  • URL: http://femto.phys.tohoku.ac.jp/index.html
• [備考] 東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 超高速分光研究室(岩井研究室)
  • URL: http://femto.phys.tohoku.ac.jp/
• [備考] 東北大学大学院理学研究科物理学専攻超高速分光研究室(岩井研究室)
  • URL: http://femto.phys.tohoku.ac.jp/