テラヘルツ波ポンププローブ分光法の開発と光誘起相転移への応用

• 研究課題/領域番号: 18760007
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中嶋 誠 東京大学, 物性研究所, 助教 (40361662)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2007年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2006年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: テラヘルツ電磁波 / 光誘起相転移 / フェムト秒パルスレーザー / 金属絶縁体転移

研究概要

昨年に引き続き、高速ADコンバータとラピッドスキャンシステムを組み合わせたテラヘルツ波ポンププローブ分光システムの改良に努めると共に実際に光誘起絶縁体金属転移のテラヘルツ波ポンププローブ分光測定を行った。二酸化バナジウムは,以前パウダーと単結晶において測定を行ったが、これらの試料はレーザー照射によりクラックが入ることが多く、安定した測定が困難であった。そこでサファイア基板上に作製した二酸化バナジウム薄膜で測定を行った。これにより安定した測定が可能になり、またレーザー照射による熱の蓄積も見られなくなった。励起波長は800nmで、室温にて、光励起テラヘルツ波検出の過渡吸収測定を行った。励起直後に急峻に透過率が減少し、その後100ps程度までしだいに透過率が減少するという2段的な透過率の減少が観測された。また励起強度を上げるにつれて、変化量が大きくなる閾値的な振る舞いも観測された。これらの結果については、Applied Physics Lettersで報告した。また励起強度を上げるにつれて、緩和時間が遅くなる現象も見いだされている。今回観測された振る舞いは、電気伝導度の増加(金属相の出現)を反映したものであるが、X線散乱や電子散乱での時間分解測定の結果(A. Cavalleri, et. al.やP.Baum, et. al.)と非常に似ており、電気伝導度の変化と格子構造の変化が同じ時間スケールで変化することを示しており興味深い。擬一次元臭素架橋ニッケル錯体では、光照射後瞬時にテラヘルツ帯の透過率が減少し、その後数ピコ秒で緩和する。また緩和時間が数100ps以上の遅い緩和成分があることも観測されている。またテラヘルツ帯のスペクトル情報より励起直後は金属状態に変化している(基底状態は絶縁体)ことが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Photoinduced metallic state in VO_2 proved by the terahertz pump probe spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, N. Takubo, Z. Hiroi, Y. Ueda, and T. Suemoto
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 92 ページ: 119071-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast time-resolved spectroscopy of the spin-Peierls compound CuGe O_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Yuasa, M. Nakaiima, T. Yamanouchi, Y. Ueda, T. Suemoto
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 128 ページ: 1087-1089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Photoluminescence Characterization of Transparent Silica Glass Prepared by Solid-Phase Reaction of Nanometer-Sized Silica Particles (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamada, M. Nakajima, T. Suemoto, T. Uchino
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 111 ページ: 12973-12979
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear wave-packet dynamics on nearly degenerate two adiabatic potential energy surfaces in the excited state of KI F center (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Koyama, Youtarou Taka hashi, Makoto Nakajima, and To hru Suemoto
  • 雑誌名: Physical Review B 76 ページ: 1151221-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of terahertz pump-probe spectroscopy in pseudo-one-dimensional halogen-bridged Ni complex (2006)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nakajima, Takashi Seki, Youtarou Takahashi, Hiroshi Kitagawa, Tohru Suemoto
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 3 ページ: 3527-3530
• [雑誌論文] Selective observation of the wave-packet dynamics in the excited states at KBr F centers by luminescence experiments (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Koyama, Youtarou Takahashi, Makoto Nakajima, Tohru Suemoto
  • 雑誌名: Physical Review B 73
• [雑誌論文] Persistent nuclear wave packet oscillation coexistent with incoherent vibrational population at excited F centers in KI (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Koyama, Youtarou Takahashi, Makoto Nakajima, Tohru Suemoto
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 124
• [雑誌論文] Real-Time Observation on Femtosecond Depolarization of Room-Temperature Luminescence in KI F Centers (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Koyama, Youtarou Takahashi, Makoto Nakajima, Tohru Suemoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 75
  • NAID: 110004729284
• [雑誌論文] Photoinduced phenomena observed as transient reflectance changes in α'-NaV_2O_5 (2006)
  • 著者名/発表者名: Tohru Suemoto, Hirokazu Nagase, Makoto Nakajima, Masahiko Isobe, Yutaka Ueda
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 3 ページ: 3452-3455
• [雑誌論文] Time resolved response of luminescence on cyanine dye J-aggregates (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Akutagawa, K.Miyasue, T.Sekiya, S.Kurita, M.Nakajima, T.Suemoto
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 3 ページ: 3404-3407
• [学会発表] Ultrafast time-resolved spectroscopy of the spin-Peierls compound CuGe O_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Yuasa, M. Nakajima, T. Yamanouchi, Y. Ueda, T. Suemoto
  • 学会等名: International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC'07)
  • 発表場所: Segovia, Spain
  • 年月日: 2008-06-18
• [学会発表] 時間分解光電子分光によるBi2212の研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 田中正志, 富樫格, 石田行章, 山本和矢, 谷内敏之, 下山田篤志, 石坂香子, 木須孝幸, 中嶋誠, 末元徹, 茂筑高士, 中根茂行, 平田和人, 辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] ヘムタンパク質における超高速時間分解発光分光 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石原孝容, 中嶋誠, 田島裕之, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] F中心の励起状態における核波束振動 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小山剛史, 中嶋誠, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] 酸化バナジウムVO_2におけるテラヘルツポンププローブ分光(2) (2008)
  • 著者名/発表者名: 中嶋誠, 田久保直子, 廣井善二, 上田寛, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] シアノ架橋金属錯体における中赤外超高速時間分解分光II (2008)
  • 著者名/発表者名: 大木賢治, 深谷亮, 中嶋誠, 所裕子, 大越慎一, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] RbMnFeシアノ錯体における光誘起価数変化のラマン分光による観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 深谷亮, 大木賢治, 中嶋誠, 所裕子, 大越慎一, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] グラファイトの時間分解光電子分光 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石田行章, 富樫格, 山本和, 田中正志, 谷内敏之, 下山田篤史, 石坂香子, 木須孝幸, 中嶋誠, 末元徹, 辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_2Oyにおける時間分解ラマン分光 (2007)
  • 著者名/発表者名: 深谷亮, 中嶋誠,下山淳一,岸尾光二,末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] シアノ架橋金属錯体における中赤外超高速時間分解分光 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大木賢治, 中嶋誠, 所裕子, 高坂亘, 大越慎一, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] レーザー高調波を用いた時間分解光電子分光による光誘起相転移の研究5 (2007)
  • 著者名/発表者名: 富樫格, 山本和矢, 石田行章, 田中正志, 下山田篤, 木須孝幸, 石坂香子, 高田泰孝, Ashish Chainani, 辛埴, 中嶋誠, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] KCI中のF中心の励起状態におけるサブピコ秒ダイナミクスの観測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小山剛史, 中嶋誠, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-21
• [学会発表] ラピッドスキャン検出を用いた精密テラヘルツ波ポンププローブ分光 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中嶋誠, 関敬司, 末元徹
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-21
• [学会発表] 精密テラヘルツ波ポンププローブ分光装置の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中嶋誠, 関敬司, 末元徹.
  • 学会等名: 日本応用物理学会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-07