量子揺らぎにおける非平衡光誘起協力現象の機構解明

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14702006
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 武貞 正樹 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (30311434)
• キーワード: 量子常誘電体 / 光誘起協力現象 / 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

研究概要

本研究では前年度の研究成果として新奇に得られた、量子常誘電体で観測される量子揺らぎの光・電場誘起協力現象の機構解明を明らかにすることを目的とし研究を行った。具体的には量子常誘電物質であるSrTiO3単結晶で光・電場誘起協力現象が励起電子状態の違いにより光・電場誘起状態にどのような変化が現れるかを赤外光波長領域から紫外波長領域と、さらに放射光を用いてX線波長領域に至るまでのエネルギー領域において光誘起ダイナミクスの視点から明らかにした。光励起状態の動的機構を明らかにするため光誘起誘電分散の励起光エネルギー依存性が観測された。バンドギャップエネルギー近傍で特性緩和時間が最も短くなり光誘起状態の動的構造に顕著な励起エネルギー依存性を現れることを明らかにした。本研究結果は量子常誘電物質で光誘起効果として観測された誘電異常が電極と物質の接合バリヤに起因した単純なショットキ効果ではないこと、さらに誘電体の構造相転移を支配する協力的相互作用と励起電子状態が強く相互作用していることを示唆する。またSrTiO3における光・電場誘起誘電分散の電場依存性の実験から巨大な光・電場誘起誘電率の物理的起源は量子常誘電状態と励起電子との相互作用により出現するpolar clusterによると考えられる結果が得られた。さらに同位体置換や電場により誘起される強誘電性状態で光・電場誘起誘電率増強がともに消失することが観測され、本現象が量子常誘電状態に起因するものであることを検証することに成功した。また光・電場誘起誘電分散に観測される温度依存性は励起電子によって誘起されたpolar clusterが低温に向かって成長することを示す結果を得ることに成功し、本研究成果から光誘起協力現象の動的機構と量子揺らぎに起因した量子常誘電状態の電子状態を含めた機構解明において重要な知見を得ることに成功した。

研究成果

• [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)