| 研究課題/領域番号 |
16K05402
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
高橋 聡 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80212009)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 電子型強誘電体 / 高速反応 / 量子常誘電体 |
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| 研究実績の概要 |
電子型強誘電体TTF-CAをTHz波短パルスで励起した場合のダイナミックスの実験研究から、電荷や分極がTHz波の電場に完全に追随する高速応答を示すことが明らかになった。この高速応答の起源を明らかにするための理論研究を行った。TTF-CAを記述する拡張ハバードモデルを用い、これをTHz波の短パルスで励起した場合のダイナミックスを数値的に厳密に計算した。格子は固定した。有限サイズ効果を取り除いた解析を行うことにより、TTF-CAにおける電荷および分極がTHz波の電場に完全に追随することを再現することに成功した。さらに、理論的な解析により、THz波パルス励起状態が電場の変化にほぼ断熱的に追随することがこの高速反応の起源であることを明らかにした。電子型強誘電体α-(BEDT-TTF)2I3においても同様な研究を進め、重要な実験結果である、分極の高速反応、分極の変化の励起THz波の電場方向依存性、を再現できることを示した。この特徴的な電場方向依存性は、最も遷移積分の絶対値が大きいb2'およびb1'ボンドに流れる電流が、他のボンドに流れる電流よりもはるかに大きいことに起因することがわかった。
量子常誘電体DMTTF-QBR2Cl2の基底状態における格子の量子揺らぎの効果を、格子を量子的にあつかった量子モンテカルロ法で調べた。遷移積分や分子の質量を変化させることにより、ボンド長交替が起きた電子型強誘電状態、ソリトン的量子揺らぎにより逆位相のボンド長交替が起きた状態が混ざり合った量子常誘電状態、ボンド長交替が起きていない中性相的な状態が混成した量子常誘電状態などが、基底状態となることを明らかにした。これにより、電子型強誘電体から量子常誘電体への量子相転移の起源を明らかにできる可能性があることがわかった。
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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
研究計画では、今年度に行う課題は以下の3つである。１．格子を固定したTTF-CAの拡張ハバードモデルにおける、THz波パルス励起での時間発展解を数値的に計算し、その結果を解析することにより重要な実験結果である電荷や分極の高速反応の起源を明らかにすること、２．同様の研究をα-(BEDT-TTF)2I3においても行い、分極の変化の励起THz波の電場方向依存性を説明できるかを検証する、３．量子常誘電体DMTTF-QBR2Cl2の基底状態における格子の量子揺らぎの効果を量子モンテカルロ法を用いて調べ、電子型強誘電相と量子常誘電相間の量子相転移を説明できるかを検証する。研究実績の概要で述べたように、これらの研究はすべて行うことができた。課題１の結果に関しては、論文にまとめ発表済みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
TTF-CAおよびα-(BEDT-TTF)2I3において、分極形成に本質的な役割を果たす格子自由度を取り入れた拡張ハバードモデル用いた研究を行う。THz波パルスで基底状態を励起した場合の電子および格子のダイナミックスを、格子の時間発展は古典近似で、電子の時間発展は厳密に数値的に計算する。この結果から、格子のコヒーレント振動の実験結果を説明できるかを検証する。さらに、パルスの強度、さらには電場の時間変化の関数形を変えてダイナミクスを研究し、分極を反転させるための手法を考察する。もし反転可能であれば、反転の速度は何で決まるのかを明らかにし、分極が高速反転する物質探索の指針を明らかにすることを試みる。
量子常誘電体DMTTF-QBR2Cl2においても、光パルスおよびTHz波パルスによって励起した場合のダイナミックスを考察する。量子モンテカルロ法はダイナミックスの計算に用いることはできない。そこで、前年度の研究において明らかになった支配的な格子の量子揺らぎを、生成座標による手法で取り入れ、ダイナミックス計算が可能な有効モデルを構築し、この有効モデルでのダイナミックス研究を進める。
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