量子揺らぎにおける非平衡光誘起協力現象の機構解明

• 研究課題/領域番号: 14702006
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 武貞 正樹 北海道大学, 大学院・理学研究科, 講師 (30311434)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円); 2004年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2003年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2002年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
• キーワード: 量子常誘電体 / 光誘起協力現象 / ブリルアン散乱実験 / ラマン散乱実験 / X線誘起メモリー効果 / パーフェクトソフトモード / ペロブスカイト型酸化物 / 放射光 / メモリー効果 / 光誘起誘電分散 / ポーラーナノクラスター / 量子揺らぎ / 光誘起ダイナミクス / ペロフスカイト型酸化物 / 非平衡物理 / 光誘起相転移 / 同位体効果

研究概要

最終年度としてペロブスカイト型量子常誘電性酸化物において誘電測定で得られた電場印加紫外光照射下の光・電場誘起協力現象の物理的機構解明を行うため光・電場誘起状態の構造変化とそれに伴ったフォノンダイナミクスの変化に注目し研究を行った。光・電場誘起効果は量子常誘電性を示すSrTi^<16>O_3で顕著である一方酸素^<16>Oを酸素^<18>Oで同位体置換した強誘電体SrTi^<18>O_3ではその効果が消失する(前年度までの研究成果)ことから、この同位体効果の解明が本・光電場誘起協力現象機構解明の手掛かりになると考えた。そこで先ず従来の研究で既に解明されている量子常誘電体SrTi^<16>O_3と未解明にある強誘電体SrTi^<18>O_3のフォノンダイナミクスがどのように違うかを明らかにするため広帯域高分解能分光器と高安定クライオスタットを組合せて超低振動数ラマン散乱実験を行った。その結果、SrTi^<18>O_3低振動数フォノンにはSrTi^<16>O_3とは全く異なる完全に音響フォノン領域までソフト化するような驚くべきソフトモードが存在することを発見することに成功した。SrTi^<18>O_3で観測されたソフトモードの振る舞いは従来のどの物質とも異なり、フォノンが振動を保ったまま転移点までソフト化を示しまさに理想的な変移型強誘電性相転移を示すことを明らかにした。この様に両物質間で顕著にフォノンの振る舞いが異なることから光・電場誘起協力現象はバイブロニック相互作用が重要な働きをしていると考えられる。さらに紫外光励起状態のSrTi^<16>O_3で音響フォノンを観測した結果、極低温領域で紫外光照射と電場印加で全く新しい光誘起構造相転移が出現することを発見し、本光電場誘起協力現象が光誘起構造相転移に伴った臨界現象に起因することを解明した。本研究成果はこれまでにない全く新しい量子光誘起協力現象の研究分野の開拓に成功したと言える。

研究成果

• [雑誌論文] Growth of Ferroelectric Micro-Regions in SrTiO_3 and SrTi(^<18>O_<0:23>^<16>O_<0:77>)_3 Studied by Raman Scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: H.TANIGUCHI
  • 雑誌名: J.Korean Phys.Soc. 46 ページ: 195-197
• [雑誌論文] Investigation of Ferroelectric Transition in SrTi^<18>O_3 under Hydrostatic Pressure (2005)
  • 著者名/発表者名: M.KURITA
  • 雑誌名: J.Korean Phys.Soc. 46 ページ: 190-191
• [雑誌論文] ペロフスカイト型量子常誘電性酸化物の巨大な光誘起効果 (2005)
  • 著者名/発表者名: 武貞正樹
  • 雑誌名: 固体物理 40・2 ページ: 113-120
  • NAID: 40006606495
• [雑誌論文] Effect of the Oxygen Isotope Exchange on Ferroelectric Micro Region in SrTiO_3 studied by Raman Scattering (2004)
  • 著者名/発表者名: H.TANIGUCHI
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 73・12 ページ: 3262-3265
• [雑誌論文] The isotope effect on photoconductivity in quantum paraelectric SrTiO_3 (2004)
  • 著者名/発表者名: T.ISHIKAWA
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 73・7 ページ: 1635-1638
• [雑誌論文] Photoinduced Phenomena in Quantum Paraelectric Oxides by Ultraviolet Laser Irradiation (2004)
  • 著者名/発表者名: M.TAKESADA
  • 雑誌名: Ferroelectrics 298 ページ: 317-323
• [雑誌論文] Giant Photoconductivity in Quantum Paraelectric Oxides (2004)
  • 著者名/発表者名: T.ISHIKAWA
  • 雑誌名: Ferroelectrics 298 ページ: 141-143
• [雑誌論文] Glass Cutting by Femtosecond Pulsed Irradiation (2004)
  • 著者名/発表者名: E.VANAGAS
  • 雑誌名: Journal of Microlithography, Microfabrication and Microsystems 3 ページ: 358-363
• [文献書誌] Masaki Takesada, Mitsuru Itoh, Toshirou Yagi, Shin-ya Koshihara: "Dielectric Enhancement in Quantum Paraelectric SrTiO3 by UV Laser Irradiation under DC Electric Field"Ferroelectrics. 286. 725-730 (2003)
• [文献書誌] Masaki Takesada et al.: "Micro-Character Printing on a Diamond Plate by Femtosecond Infrared Optical Pulses"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・7A. 4613-4616 (2003)
• [文献書誌] T.Azuhata et al.: "Brillouin Scattering Study of ZnO"J.Appl.Phys.. 94・2. 968-972 (2003)
• [文献書誌] M.Takesada, T.Yagi, M.Itoh, T.Ishikawa, S.Koshihara: "Photoinduced Phenomena in Quantum Paraelectric Oxides by Ultraviolet Laser Irradiation"Ferroelectrics. (in press). (2004)
• [文献書誌] T.ISHIKAWA et al.: "Giant Photoconductivity in Quantum Paraelectric Oxides"Ferroelectrics. (in press). (2004)
• [文献書誌] M.Takesada, T.Yagi, M.Itoh, S.Koshihara: "A Gigantic Photoinduced Dielectric constant of Quantum Paraelectric Perovskite Oxides Observed under a weak DC Electric Field"Journal of Physical Society of Japan. 72・1. 37-40 (2003)
• [文献書誌] Y.Ogawa, S.Koshihara, M.Takesada, T.Ishikwa: "New Class of Photo-induced Cooperative Phenomena in Organic and Inorganic Hybrid Complexes"Phase Transition. 75・7-8. 683-688 (2002)
• [文献書誌] T.LUTY et al.: "Static and dynamic order of cooperative multi-electron transfer"Europhysics Letters. 59・4. 619-625 (2002)
• [文献書誌] Y.OGAWA, S.KOSHIHARA, MOTAKESADA, T.ISHIKAWA: "Electronic and Structural Phase Transition Controlled by Photo-excitation and Magnetic Field in Spin Crossover Complex"Mol. Cryst. Liq. Cryst.. 379. 357-364 (2002)