テラヘルツパルス光による電子型有機強誘電体の高速・高効率物性制御

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25247049
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡本 博 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (40201991)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 光物性 / フェムト秒レーザー / 誘電体物性 / テラヘルツ分光 / 分子性固体

研究実績の概要

本研究では、固体中での電子密度分布の変化や分子間電子移動が強誘電分極を担っている電子型強誘電体を対象として、テラヘルツ波による高速の分極制御を目指してきた。14年度までに、チタンサファイアレーザーを励起源としたパルス面傾斜法を用いて、最大450 kV/cmのテラヘルツパルスの発生に成功した。さらに、このテラヘルツパルスを用いて、低温で電子型強誘電性を示す有機分子性結晶TTF-CAの高温常誘電相においてテラヘルツ波励起により強誘電相の20%に達する分極が生成することを見出した。本年度は、TTF-CAの関連物質であるTTF-QBrCl3およびDMTTF-2,6QBr2Cl2の常誘電相においてテラヘルツ励起第二高調波プローブ、反射プローブ測定を行い、テラヘルツ電場による強誘電分極生成を実証した。TTF-QBrCl3は、温度低下によりTTF-CAより連続的な強誘電転移（中性―イオン性転移）を起こすが、このことを反映して、テラヘルツ電場による分極ドメインのダイナミクスの特性周波数が30％程度低下することがわかった。一方、DMTTF-2,6QBr2Cl2は、極低温にしても強誘電秩序が生じない量子常誘電性を示す物質であるが、この物質では、量子常誘電性を反映して、テラヘルツ電場によって他の二つの系に比べて一桁以上大きな空間スケールに渡ってコヒーレントな分子振動が生じることが明らかとなった。
成果の公表については、今年度中に、前年度までに完了した電荷秩序系分子性結晶α-(ET)2I3におけるテラヘルツ電場による強誘電分極制御の研究をScientific Reports誌に公表した。また、TTF-CAのテラヘルツ電場による分極生成の研究については、現在論文を投稿中である。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Novel electronic ferroelectricity in an organic charge-order insulator investigated with terahertz-pump optical-probe spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yamakawa, T. Miyamoto, T. Morimoto, H. Yada, Y. Kinoshita, M. Sotome, N. Kida, K. Yamamoto, K. Iwano, Y. Matsumoto, S. Watanabe, Y. Shimoi, M. Suda, H. M. Yamamoto, H. Mori, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 20571:1-10
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1038/srep20571
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Switching of Transfer Characteristics of an Organic Field-Effect Transistor by Phase Transitions: Sensitive Response to Molecular Dynamics and Charge Fluctuation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Yokokura, Y. Takahashi, H. Nonaka, H. Hasegawa, J. Harada, T. Inabe, R. Kumai, H. Okamoto, M. M. Matsushita, and K. Awaga,
  • 雑誌名: Chem. Mater. 巻: 27 ページ: 4441-4449
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b01383
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoinduced Switching to Metallic States in the Two-Dimensional Organic Mott Insulator Dimethylphenazine-Tetrafluorotetracyanoquinodimethane with Anisotropic Molecular Stacks (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuzaki, M. Ohkura, Y. Ishige, Y. Nogami, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 ページ: 245140:1-10
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.91.245140
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Terahertz radiation imaging of ferroelectric domain topography in room-temperature hydrogen-bonded supramolecular ferroelectrics (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sotome, N. Kida, S. Horiuchi, and H. Okamoto
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 2 ページ: 1373-1383
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.5b00351
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elliptically polarized terahertz radiation from a chiral oxide (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Takeda, N. Kida, M. Sotome, H. Okamoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 ページ: 131114:1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4932378
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] テラヘルツ電場応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡本博
  • 学会等名: ISSPワークショップ：分子性物質におけるπ電子－水素相関機能物性
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-03-29 – 2016-03-29
• [学会発表] 有機モット絶縁体κ型BEDT-TTF塩のテラヘルツ電場誘起金属化と光誘起金属化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山川大路, 竹中崇了, 宮本辰也, 寺重翼, 小野貴晃, 森本剛史, 貴田徳明, 山本浩史, 須田理行, 加藤礼三, 宮川和也, 鹿野田一司, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 有機モット絶縁体κ型BEDT-TTF塩のテラヘルツ電場による超高速分極制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 戸部光, 山川大路, 鈴木啓史, 宮本辰也, 寺重翼, 小野貴晃, 森本剛史, 貴田徳明, 宮川和也, 鹿野田一司, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 有機強誘電体α-(BEDT-TTF)2I3におけるフェムト秒レーザー誘起テラヘルツ電磁波発生とその機構解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木俊成, 五月女真人, 木下雄斗, 山川大路, 宮本辰也, 貴田徳明, 森初果, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] テラヘルツ放射イメージング法を用いたα-(BEDT-TTF)2I3の非線形伝導パスの可視化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 五月女真人, 貴田徳明, 山川大路, 宮本辰也, 木下雄斗, 森初果, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] フェムト秒レーザー誘起テラヘルツ電磁波発生を利用したBiFeO3単結晶における強誘電分極ドメインの可視化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木下雄斗, 貴田徳明, 宮本辰也, 伊藤利充, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] テラヘルツ電場によるBiFeO3単結晶の超高速分極変調 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮本辰也, 木下雄斗, 山川大路, 森本剛史, 伊藤利充, 岩野薫, 貴田徳明, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] NI転移系電荷移動錯体のテラヘルツ電場誘起常誘電 強誘電転移 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本剛史, 宮本辰也, 山川大路, 寺重翼, 小野貴晃, 貴田徳明, 堀内佐智雄, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 高強度テラヘルツ光による絶縁体 －金属転移と常誘電－強誘電転移 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡本 博
  • 学会等名: 第８回東北大学研究会「金属錯体の固体物性最前線－金属錯体と固体物性物理と生物物性の連携新領域を目指して－」
  • 発表場所: 東北大学理学部化学第４講義室（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-02-19 – 2016-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] NI転移系電荷移動錯体における中性イオン性ドメインウォールのテラヘルツ電場誘起ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本剛史, 宮本辰也, 山川大路, 寺重翼, 小野貴晃, 矢田祐之, 貴田徳明, 堀内佐智夫, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 有機一次元モット絶縁体における励起子と光キャリアの超高速ダイナミクス―過渡反射スペクトルの励起光子密度依存性― (2015)
  • 著者名/発表者名: 柿崎貴央, 宮本辰也, 高橋幸裕, 堤潤也, 長谷川達生, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 高強度テラヘルツ波によるダイマーモット系κ型BEDT-TTF塩の電子状態制御の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 戸部光, 山川大路, 宮本辰也, 寺重翼, 井尻吉洋, 小野貴晃, 矢田祐之, 山本浩史, 須田理行, 加藤礼三, 宮川和也, 鹿野田一司, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] テラヘルツ波励起による電荷秩序系分子性結晶の超高速強誘電分極制御III (2015)
  • 著者名/発表者名: 山川大路, 宮本辰也, 森本剛史, 五月女真人, 木下雄斗, 矢田祐之, 貴田徳明, 須田理行, 山本浩史, 加藤礼三, 森初果, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 一次元モット絶縁体臭素架橋パラジウム錯体のテラヘルツ波誘起金属化と光誘起金属化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野貴晃, 寺重翼, 宮本辰也, 浜口透子, 矢田祐之, 貴田徳明, 高石慎也, 熊谷翔平, 山下正廣, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [図書] 分子性物質の物理－物性物理の新潮流－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇治進也、小形正男、岡本博、賀川史敬、鹿野田一司、小林晃人、佐々木孝彦、澤博、田嶋尚也、中澤康浩、山本浩史
  • 総ページ数: 202（166-196）
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 岡本貴田研究室ホームページ
  • URL: http://pete.k.u-tokyo.ac.jp/index.html