スピン・電荷・光-結合系の新機能開拓

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15104006
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 五神 真 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70161809)
• 研究分担者: 十倉 好紀 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30143382) ; 永長 直人 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60164406) ; 宮野 健次郎 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90167677) ; 鹿野田 一司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20194946)
• キーワード: 強相関電子系 / 遷移金属酸化物 / 非線形光学効果 / 電荷秩序 / 量子位相 / 異常ホール効果 / 時間分解磁気光学分光 / 磁場誘起強誘電分極フロップ

研究概要

固体の多体電子間相互作用による特異な物性を光や外場で制御する仕組みを見いだし、新しいデバイスの原理を探る研究をメンバーの連携の下に進めている。
(1)薄膜作製(宮野);デバイス化を視野に入れ、薄膜試料の開拓を進めた。室温より高温で電荷秩序を示すBiを含むMn酸化物の薄膜、ホールドープ量が0.5近傍のMn酸化物薄膜を様々なランタノイド、基板を用いて作製した。バルク結晶と同様な多彩な相変化を再現する薄膜作製に初めて成功した。
(2)物質設計と新機能(十倉);TbMnO_3のスピン・格子・軌道の整合秩序が生じる温度領域では、特定の結晶軸方向に自発分極を持つ強誘電性が発生している。これに磁場を印加することにより、この自発分極は別の方向へとフロップを起こす、いわば磁場誘起強誘電分極フロップ現象という新規な物性を発見した。
(3)分子性物質における新機能開拓(鹿野田);分子性固体を用いた実験により、3角格子モット絶縁体においてスピンが量子液体状態になり得ること、電荷自由度においては、加圧によるバンド幅制御モット転移が温度-圧力相図で臨界終点を持つことを明らかにした。
(4)場の理論による機能設計(永長);多電子系の量子位相を、実空間、運動量空間、内部自由度の空間において考察し、その幾何学的性質を物質の対称性から明らかにした。そこでは磁気単極子やストリングといった特異的な構造が主役を演じ、これによって電場によるスピン流生成などの新奇な現象が導かれることを予言し、実験との対比も行った。
(5)分光法の開拓と光制御機能の開拓(五神);電子系のスピン状態を検出制御する新しい分光学的手法の開拓を行っている。中赤外領域で過渡分光法を開拓し、励起子スピン状態を軌道状態と分離して超高速領域で観察する手法を開拓した。また、磁性半導体で中赤外領域の光学応答と磁化の相関を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Fang Z: "The anomalous Hall effect and magnetic monopoles in momentum space"SCIENCE. 302・5642. 92-95 (2003)
• [文献書誌] Murakami S: "Dissipationless quantum spin current at room temperature"SCIENCE. 301・5638. 1348-1351 (2003)
• [文献書誌] Y.Shimizu: "Spin liquid state in an organic Mott insulator with a triangular lattice"Phys.Rev.Lett. 91・10. 107001-1-107001-4 (2003)
• [文献書誌] F.Kagawa: "Transport criticality of the first-order Mott transition in a quasi-two-dimensional organic conductor, k-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Cl"Phys.Rev.B.. 69・6. 064511-1-064511-5 (2003)
• [文献書誌] T.Kimura: "Distorted perovskite with e^1_g configuration as a frustrated spin system"Phys.Rev.B. 68. 060403-1-060403-4 (2003)
• [文献書誌] T.Kimura: "Magnetic control of ferroelectric polarization polarization"Nature. 426. 55-58 (2003)
• [文献書誌] H.T.Miyazaki: "Enhanced light diffraction from a double-layer microsphere lattice"Appl.Phys.Lett. 83. 3662-3664 (2003)
• [文献書誌] H.Kuwata: "Resonant light scattering from metal nanoparticles : practical analysis beyond Rayleigh approximation"Appl.Phys.Lett. 83. 4625-4627 (2003)
• [文献書誌] M.Nagai: "Phase diagram of the quantum degenerate electron-hole system in diamond"Phys.Stat.Sol.(b). 238,(3). 509-512 (2003)
• [文献書誌] M.Nagai: "Creation of supercooled exciton gas and transformation to electron-hole droplets in diamond"Phys.Rev.B. 68. 081202(R) (2003)
• [文献書誌] Y.Hara: "Photonic molecule lasing"Optics Letters. 28. 2437 (2003)
• [文献書誌] T.Ogasawara: "Photoinduced spin dynamics in La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3 observed by time-resolved magneto-optical Kerr spectroscopy"Phys.Rev.B. 68. 18047 (2003)
• [文献書誌] E.Kojima: "Ga_<0.94>Mn_<0.06>As by Observation of the spin-charge thermal isolation 01 ferromagnetic time-resolved magneto-optical measurement"Phys.Rev.B. 68. 193203 (2003)
• [文献書誌] Makoto Kuwata-Gonokami: "Time-resolved Excitonic Lyman Spectroscopy of Cu_2O"J.Phys.Soc.Jpn.. (in press). (2004)