| 研究課題/領域番号 |
14J06840
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
豊田 新悟 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | 電気磁気光学 / マルチフェロイクス / メタホウ酸銅 |
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| 研究実績の概要 |
平成２６年度は、メタホウ酸銅における方向二色性の強磁場効果を調べた。具体的には強磁場印加により方向二色性が巨大化することを明らかにした。この成果を日本物理学会第７０回年次大会およびアメリカ物理学会March Meetingにおいて発表し、原著論文を近日中に投稿する予定である。
空間反転対称性と時間反転対称性が同時に破れたマルチフェロイック物質においては、光に対する電気的な応答と磁気的な応答が干渉し、光学定数が光の進行方向によって変化することがある（電気磁気光学効果）。電気磁気光学効果の代表的な例として、方向二色性と光のローレンツ力が挙げられる。方向二色性とは、光の進行方向によって光吸収が変化する現象のことである。光のローレンツ力は、物質中のトロイダルモーメントがあたかもベクトルポテンシャルのように働き、光路が光の進行方向によって変化する現象のことである。
光のローレンツ力は、光の進行方向の反転に伴う屈折率の変化量Δnに比例して大きくなる。しかし光学領域でのΔnの大きさは現状10のマイナス３乗程度と非常に小さいため、これが光のローレンツ力を観測する上で問題になっている。電気磁気光学効果を定量的に評価するためには、群論的な議論を超えて量子力学的に定式化することが必要となる。
本研究では、対角化計算によってメタホウ酸銅中の銅イオンの電子状態を決定した。得られた電子状態を用いて、方向二色性を量子力学的に定式化し、強磁場中において方向二色性が巨大化することを予想した。実際に物性研究所において５２テスラまでのパルス強磁場吸収スペクトル測定を行い、方向二色性が巨大化することを実験的にも確認した。この結果は電気磁気光学の機構を量子力学的に明らかにし、巨大化が可能であることを実験的に示したものであり、今後の電気磁気光学効果の応用への展開に向けた大きな指針となるものであると自負している。
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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
電気磁気光学効果に関しては、これまで群論による定性的な議論に重きが置かれていた。本研究では、メタホウ酸銅における方向二色性の量子力学的な定式化、および実験的に巨大化することに成功した。これによって光のローレンツ力の定量的な議論が可能になり、実験的な観測への大きな指針になると考えられる。したがって、おおむね順調に進展していると自己評価している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、光のローレンツ力の観測のための光学系の立ち上げを行う。メタホウ酸銅をシングルドメイン化し、電気磁気光学効果が観測される温度１５Ｋにおいて光のローレンツ力の観測を行う。具体的には、ビームプロファイラを用いて、磁場反転に伴うビームポジションの変位の測定を行う。
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