| 研究課題/領域番号 |
25400315
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
上岡 隼人 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40431671)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 光誘起相転移 / 酸化チタン / 時間分解測定 / 超短パルス / イメージング / マグネリ相 |
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| 研究概要 |
本申請の研究において必要な試料である、マグネリ相酸化チタンの数ミリ角程度の単結晶を再現性良く作成する手法として、管状炉を用いた化学気相成長法のノウハウを確立しました。また、得られた微小結晶表面の定常反射スペクトルを、赤外および可視―紫外分光系で顕微測定し、クライオスタットで与える温度変化に伴う反射率の変化を、明瞭に観察出来ています。更に、この試料に微小電極を付加することで、文献と同様の相転移に伴う電気伝導特性の変化を得ており、電子状態の解析が行える状態になりました。その上で、チタンサファイア・パルスレーザーを光源とする、ポンプ－プローブ光学系を調整し、この試料における光誘起相転移状態の時間・空間発展の測定行いました。酸素2pからチタン3dヘの電荷移動吸収端をパルス光で励起すると、反射スペクトルの形状及び強度の変化が観測され、その過渡スペクトルの形状から、実際に光誘起相転移が生じていることが確認されました。更に、拡大プローブ光で、励起領域を囲む領域における相転移状態の拡大過程の観測を行いました。その際、拡散板によりプローブ光の干渉で生じるスペックルノイズを低減し、ビーム光の均一化を行うとともに、反射像全てを1次元フォトダイオード検出器で平面走査することで取り込みました。ここで、データを記録する手法を改良することにより、信号の強度揺らぎを抑えるための多数回の積算(１万回以上) を高速化し、相転移状態のイメージを高感度かつ高速に取得可能となりました。その結果、実際に相転移領域が拡大する様子を見出すことが出来ました。得られた反射率の空間変化に対し、変化前後の相の誘電関数を用いた有効媒質近似のモデルを立て、相転移領域の伝搬の解析を行った結果、その拡大速度が主に酸化チタンの音速に対応していること、また拡大の初期には音速を超えた伝搬があることが分かりました。
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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
研究設備が充実していたことと、比較的多くの時間を装置改良のために割くことが出来たことが挙げられます。なお、初年度で得られた上記内容については、本年度に二報程度の論文として発表を行う予定です。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の申請者は、本年度から日本大学文理学部に転出しており、当初は引き続き研究を行うための環境の構築を行う予定です。環境を整備した後に、まず自己位相変調法によって、プローブ光の波長を変えて空間発展の測定を行います。ここでは、反射プローブ像の中で、相転移が伝搬する部分の一部を切り出し、その位置での可視から赤外までのスペクトルを、冷却PDA検出器を用いた分光器を用いて測定します。前年度に用いた誘電関数のモデルで伝搬の解析を行うとともに、赤外領域にあるTi3d電子間の吸収と、紫外領域にあるO2pからTi3dヘの電荷移動吸収をスペクトル上の指標として、相転移領域の電子状態の変化を、励起強度や温度を変えつつ系統的に観測します。これらの解析を通じて、Ti4O7の光誘起相および中間相の電子状態の解明を目指します。加えて、他のマグネリ相酸化物の作成手法の確立も行い、併せて同様の測定と光誘起相転移過程の解析を行うことも予定しています。
これらの研究に並行して、データ転送とプログラム内での演算の両方で時間が掛かる前年度までの測定系を、高速デジタイザの出力を直接演算し、必要なデータのみをPCに転送出来るFPGAモジュールを導入して、改良することを試みます。これにより、ハードウェア側で必要な演算(差分抽出と割り算)をすることで原理的に最速なデータ収集を行い、更に高いS/Nを持った結果を得て、高精度の解析を行います。
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