5フェムト秒極超短赤外パルス光による強相関電子系の動的局在と秩序形成の研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02100
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 岩井 伸一郎 東北大学, 理学研究科, 教授 (60356524)
• 研究分担者: 石原 純夫 東北大学, 理学研究科, 教授 (30292262) ; 米満 賢治 中央大学, 理工学部, 教授 (60270823)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 光誘起相転移 / 超高速現象 / 有機伝導体 / 遷移金属酸化物

研究実績の概要

1)本年度は、昨年度までに見出した有機超伝導体（k-(h-ET)2Cu[N(CN)2]Br）からの光強電場による誘導放出の性質（励起強度、温度依存性など）を詳細に調べ、理論との比較も併せて、i)誘導放出の起源が電子的ブリージングモードと呼ばれる非線形電荷振動によるものであること、ii) 超伝導ゆらぎに関係すること、を明らかにした。また、高調波発生の測定を開始し、反転対称性を持つにも関わらず、偶数次高調波の発生を確認した。
2) ハニカム格子（キタエフ型スピン液体候補物質であるモット絶縁体α-RuCl3の光強電場効果の研究を開始した。100 fs　パルスを用いた近～中赤外過渡反射/透過測定及び6 fsパルスを用いた過渡反射測定を行い以下のことを明らかにした。ドルーデ的な電荷の応答（<100 fs)の他に、50 fs, 400 fsの時間スケールの複雑な応答が観測され、軌道やスピン自由度寄与が示唆される。
4)κ-(ET)2Xの模型を含めて、二量体構造をもつ模型に強い光電場を印加した後に、電子のブリージングに対応する電荷振動が生じること、それは光電場の弱いときに現れるどの電荷振動よりも長寿命であることを、厳密対角化に基づく方法で示した。この電子的ブリージングモードが超伝導秩序と競合することを示した。
5）二重交換系における光誘起磁性転移ダイナミクスについて詳細な理論解析を実施した。非平衡グリーン関数法を用いた定式により、強磁性スピン波が光照射により反強磁性に対応する波数においておソフト化が生じること、これが強い非平衡電子分布に起因することを明らかにした。更に、光による強磁性から反強磁性への過渡状態において磁気スカーミオンなどのトポロジカルなスピン構造が生じることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ソウル大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: ソウル大学
• [雑誌論文] Ultrafast Manipulation of a Proton Transfer Ferroelectric Cocrystal by a Strongly Driving Field (2019)
  • 著者名/発表者名: Iwai Shinichiro
  • 雑誌名: JPSJ News and Comments 巻: 16 ページ: 04～04
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJNC.16.04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital-selective confinement effect of Ru 4d orbitals in SrRuO3 ultrathin film (2019)
  • 著者名/発表者名: Kang Soonmin、Tseng Yi、Kim Beom Hyun、Yun Seokhwan、Sohn Byungmin、Kim Bongju、McNally Daniel、Paris Eugenio、Kim Choong H.、Kim Changyoung、Noh Tae Won、Ishihara Sumio、Schmitt Thorsten、Park Je-Geun
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 045113
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.045113
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photoinduced Topological Spin Texture in a Metallic Ferromagnet (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono Atsushi、Ishihara Sumio
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 023703～023703
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.023703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong light-field effects driven by nearly single-cycle 7 fs light-field in correlated organic conductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawakami Yohei、Itoh Hirotake、Yonemitsu Kenji、Iwai Shinichiro
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 51 ページ: 174005～174005
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6455/aad40a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear charge oscillation driven by a single-cycle light field in an organic superconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawakami Y.、Amano T.、Yoneyama Y.、Akamine Y.、Itoh H.、Kawaguchi G.、Yamamoto H. M.、Kishida H.、Itoh K.、Sasaki T.、Ishihara S.、Tanaka Y.、Yonemitsu K.、Iwai S.
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 12 ページ: 474～478
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-018-0194-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Paramagnet Near Spin‐State Transition (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomiyasu Keisuke、Ito Naoko、Okazaki Ryuji、Takahashi Yuki、Onodera Mitsugi、Iwasa Kazuaki、Nojima Tsutomu、Aoyama Takuya、Ohgushi Kenya、Ishikawa Yoshihisa、Kamiyama Takashi、Ohira‐Kawamura Seiko、Kofu Maiko、Ishihara Sumio
  • 雑誌名: Advanced Quantum Technologies 巻: 1 ページ: 1800057～1800057
  • DOI: https://doi.org/10.1002/qute.201800057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing ultrafast spin-relaxation and precession dynamics in a cuprate Mott insulator with seven-femtosecond optical pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto T.、Matsui Y.、Terashige T.、Morimoto T.、Sono N.、Yada H.、Ishihara S.、Watanabe Y.、Adachi S.、Ito T.、Oka K.、Sawa A.、Okamoto H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 3948
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-06312-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoinduced collective mode, inhomogeneity, and melting in a charge-order system (2018)
  • 著者名/発表者名: Seo Hitoshi、Tanaka Yasuhiro、Ishihara Sumio
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 235150
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.235150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocontrol of magnetic structure in an itinerant magnet (2018)
  • 著者名/発表者名: Ono Atsushi、Ishihara Sumio
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 214408
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.214408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge disproportionation of Mn 3d and O 2p electronic states depending on strength of p?d hybridization in (LaMnO3)2(SrMnO3)2 superlattices (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakao Hironori、Tabata Chihiro、Murakami Youichi、Yamasaki Yuichi、Yamada Hiroyuki、Ishihara Sumio、Kawasaki Masashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 245146
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.245146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced High-Frequency Charge Oscillations in Dimerized Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Yonemitsu Kenji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 044708～044708
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.044708
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Charge Oscillations Emerging after Application of an Intense Light Field to Superconductors on a Dimer Lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Yonemitsu Kenji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 124703～124703
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.124703
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoinduced Dynamics of Commensurate Charge Density Wave in 1T-TaS2 Based on Three-Orbital Hubbard Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Tatsuhiko、Tsunetsugu Hirokazu、Yonemitsu Kenji
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 9 ページ: 70～70
  • DOI: 10.3390/app9010070
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 6 fs単一サイクル近赤外光強電場が拓く強相関電子系の世界 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩井伸一郎
  • 学会等名: PF研究会「高繰り返し極短パルス光源の未来」
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast dynamics of correlated electrons driven by a single-cycle light field; From femtosecod to attosecond (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Iwai
  • 学会等名: International workshop on science at x-ray free electron lasers: Chemical physics and materials science in extreme x-rays light and extreme fields
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 擬一次元有機伝導体(TMTTF)2X(X=ReO4, BF4)における電子型強誘電ドメインの顕微テラヘルツ波発生分光 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐野聡太, 村上泰樹, 伊藤弘毅, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] ハニカム格子物質α-RuCl3の超高速光応答 II (2019)
  • 著者名/発表者名: 天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 5d電子系半金属SrIrO3薄膜の超高速光応答 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤嶺勇人, 天野辰哉, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 中村優斗, 岸田英夫, 松野丈夫, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] V2O3多結晶薄膜における光誘起絶縁体-金属転移の超高速ダイナミクス II (2019)
  • 著者名/発表者名: 天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 中村優斗, 岸田英夫, 石原純夫, Laurent Cario, Etienne Janod, Benoit Corraze, Maciej Lorenc, ◯岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] アニオン秩序を示す有機電子型強誘電体(TMTTF)2X(X=ReO4, BF4)のテラヘルツ波発生分光 III (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤弘毅, 村上泰樹, 佐野聡太, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 6 fs単一サイクル光強電場による有機超伝導体の非線形電荷振動III (2019)
  • 著者名/発表者名: 川上洋平, 天野辰哉, 赤嶺勇人, 伊藤弘毅, 川口玄太, 山本浩史, 岸田英夫, 佐々木孝彦, 石原純夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Nonlinear & ultrafast photonics driven by 6-fs strong light field in strongly correlated materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Iwai
  • 学会等名: One-day India-Japan Symposium on Structural Dynamics at Different Time and Length Scale
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 6 fs位相制御光で見る強相関電子系の超高速非線形フォトニクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩井伸一郎
  • 学会等名: 第二回コバルト研究会 強相関材料と新機能 -価数転移とスピン転移-
  • 招待講演
• [学会発表] ダイマー格子上の超伝導状態を強く光励起した後に現れる電荷振動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 米満賢治
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] TaS2における電荷密度波の光誘起ダイナミクスの理論 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田達彦, 常次宏一, 米満賢治
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Ultrafast photonics in correlated metal and superconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Iwai
  • 学会等名: International school and symposium on Ultrafast control of materials (UCM2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 6 fs infrared spectroscopy in a Mott insulator V2O3 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Amano, Y. Kawakami, Y. Akamine, Y. Yoneyama, H. Itoh, Y. Nakamura, H. Kishida, S. Ishihara, L. Cario, E. Janod, B. Corraze, M. Lorenc, and S. Iwai
  • 学会等名: The 12 International conference on excitonic and photonic processes in condensed matter and nano materials (EXCON2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Photoinduced charge-order melting triggered by 6 fs single-cycle infrared pulses in α-(BEDT-TTF)2I3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawakami, Y. Akamine, T. Amano, H. Itoh, K. Yamamoto, Y. Nakamura, H. Kishida, T. Sasaki, S. Ishihara, K. Yonemitsu, and S. Iwai
  • 学会等名: The 12 International conference on excitonic and photonic processes in condensed matter and nano materials (EXCON2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Photoinduced domain structures of ferroelectric charge-ordering in organic conductors observed via terahertz emission microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirotake Itoh, Kaoru Yamamoto, Martin Dressel, Yohei Kawakami, and Shinichiro Iwai
  • 学会等名: The 12 International conference on excitonic and photonic processes in condensed matter and nano materials (EXCON2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Strong-light-field effect in an organic superconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Iwai
  • 学会等名: The 12 International conference on excitonic and photonic processes in condensed matter and nano materials (EXCON2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 単一サイクル光強電場が拓く強相関金属、超伝導体の超高速フォトニクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩井伸一郎
  • 学会等名: 強光子場科学研究懇談会 平成29年度第3回懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] V2O3多結晶薄膜における光誘起絶縁体-金属転移の超高速ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 天野辰哉, 赤嶺勇人, 川上洋平, 伊藤弘毅, 中村優斗, 岸田英夫, 石原純夫, Laurent Cario, Etienne Janod, Benoit Corraze, Maciej Lorenc, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] ハニカム格子物質α-RuCl3の超高速光応答 (2018)
  • 著者名/発表者名: 天野辰哉, 赤嶺勇人, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 6 fs単一サイクル光強電場による有機超伝導体の非線形電荷振動II (2018)
  • 著者名/発表者名: 川上洋平, 天野辰哉, 米山雄登, 赤嶺勇人, 伊藤弘毅, 川口玄太, 山本浩史, 岸田英夫, 伊藤桂介, 佐々木孝彦, 石原純夫, 田中康寛, 米満賢治, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] アニオン秩序を示す有機電子型強誘電体(TMTTF)2X(X=ReO4, BF4)のテラヘルツ波発生分光 I (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤弘毅, 村上泰樹, 佐野聡太, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] アニオン秩序を示す有機電子型強誘電体(TMTTF)2X(X=ReO4, BF4)のテラヘルツ波発生分光 II (2018)
  • 著者名/発表者名: 村上泰樹, 伊藤弘毅, 佐野聡太, 川上洋平, 山本薫, Martin Dressel, 岩井伸一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] α''-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4のラマン散乱スペクトルII (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村優斗, 井口敏, 佐々木孝彦, 米山直樹, 岩井伸一郎, 岸田英夫
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 6-fs単一サイクル近赤外光強電場で操る強相関電子系の世界 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩井伸一郎
  • 学会等名: 第3回フォトニクス研究会（応用物理学会フォトニクス分科会）「光の可能性を追求する!!」
  • 招待講演
• [学会発表] Dielectrics and magnetodielectrics in molecular solids as electron-molecular correlated systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumio Ishihara
  • 学会等名: The 14th Russian-CIS-Baltic-Japanese Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoinduced transient dynamics in correlated systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumio Ishihara
  • 学会等名: Condensed Matter Theory and its Contribution to Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Equilibrium and non-equilibrium states in multi-orbital systems with electron correlation -Phase competition and beyond (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumio Ishihara
  • 学会等名: International School and Symposium on Ultrafast Control of Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optical Manipulation of Magnetism in a Correlated Electron System (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumio Ishihara and Atsushi Ono
  • 学会等名: Exotic Interaction in Quantum Correlated Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optical Manipulation of Magnetism in a Correlated Electron System (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumio Ishihara and Atsushi Ono
  • 学会等名: New Frontier of Strongly Correlated Electron Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synchronized charge oscillation after a strong optical electric field is applied to superconductors with dimerized crystal structures (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yonemitsu
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Conductivity & Magnetism in Molecular Materials
  • 国際学会
• [備考] 東北大学大学院理学研究科 物理学専攻 超高速分光研究室（岩井研究室）
  • URL: http://femto.phys.tohoku.ac.jp/
• [備考] 東北大学大学院理学研究科物理学専攻（石原研究室）
  • URL: http://cmpt-www.phys.tohoku.ac.jp/%7Eishihara/index.htm
• [備考] 中央大学理工学部米満研究室
  • URL: http://www.phys.chuo-u.ac.jp/labs/yonemitsu/