| 研究課題/領域番号 |
23K22422
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01151 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
長谷 宗明 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40354211)
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| 研究分担者 |
齊藤 雄太 東北大学, グリーンクロステック研究センター, 教授 (50738052)
Fons Paul 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90357880)
畑山 祥吾 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (50910501)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | スピン / トポロジカル物質 / 第一原理計算 / フェムト秒レーザー / ワイル半金属 / 逆ファラデー効果 / フェムト秒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、物質への超短光パルス照射により光磁気効果が物質内で生じ、有効磁場を励起できることが分かり、トポロジカル物質、特にワイル半金属などにおいても観測の可能性が示唆されている。本研究では、波長800nmの近赤外域フェムト秒パルスレーザーと非線形光学効果を駆使し、さらに第一原理計算による理論的考察も行い、トポロジカル絶縁体やワイル半金属など、新規トポロジカル物質におけるスピンダイナミクスの物理の解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
今年度は、トポロジカル絶縁体における光磁気効果の観測技術をさらに高感度化・長波長化するために、光源整備を中心に実験準備を開始した。筑波大では、既存のフェムト秒レーザー再生増幅器＋光パラメトリック増幅器（Optical Parametric Amplifier：OPA, 中心波長800 nm, 1100~1600 nm, <60 fs, 繰り返し100 kHz）を活用して、基本波（800 nm; 1.55 eV）とOPA出力光との差周波光である2950 nm（0.42 eV）を非線形光学結晶中で発生させることを試みた。その結果、2190 nm（0.57 eV）の差周波光発生には成功したが、目標の2950 nm（0.42 eV）までには至っていない。一方、典型的なトポロジカル絶縁体であるBi2Se3単結晶を購入し、バルク試料の光磁気効果の観測をOPA出力光を用いて波長1200~1600 nmで行ったところ、逆ファラデー効果と光カー効果による信号を得ることができた。また、高圧下ではトポロジカル超伝導を示すことが知られる1T-TiSe2単結晶における基本波でのフェムト秒分光測定を行い、室温において電荷密度波に起因するフォノンモードの観測に成功している。さらに、第一原理計算により試料の電子構造や非線形感受率・誘電率テンソルに関する知見を得るため、高性能サーバーを慶應大学に導入し、試験的に遷移金属ダイカルコゲナイドであるMoTe2の誘電率の計算を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
差周波光である2950 nm（=0.42 eV）を非線形光学結晶中で発生させることは未だ達成できていないが、既存の光パラメトリック増幅器の出力光（波長1200~1600 nm）を用いて実験を開始し、典型的なトポロジカル絶縁体における光磁気効果の観測には成功している。また、測定試料としての候補である遷移金属ダイカルコゲナイドなどの単結晶試料において、電子やフォノンの実時間観測の実験を進め、多角的にスピンダイナミクスに迫ろうとしている。
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| 今後の研究の推進方策 |
差周波光である2950 nm（=0.42 eV）の発生も継続しながら、既存の光源（波長800 nm、1200~1600 nm）を活用して光磁気効果の実験を進める。また、スピン電流測定が可能な、電極付のSb2Te3およびBi2Te3薄膜試料作製について、デザインの検討を完了し、マグネトロン・スパッタリングによりシリコン基板上に作製する。さらに第一原理計算により試料の電子構造や非線形感受率・誘電率テンソルに関する知見を得るため、導入した高性能サーバーを用いて、計算モデルの構築を行い、Bi2Se3単結晶など実験に使用した物質へと展開していく。
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