| 研究課題/領域番号 |
26400306
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
武貞 正樹 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30311434)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 強誘電性ﾅﾉ結晶 / 広帯域光散乱分光 / ラマン散乱 / ブリルアン散乱 / ハイパーレーリー散乱 / 第二次高調波発生 / トロイダル強誘電性 / トロイダルソフトモード |
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| 研究実績の概要 |
ﾅﾉ材料は、そのｻｲｽﾞ効果によりﾏｸﾛな物質には現れない全く新しい物理現象の発現が期待される。強誘電性ﾅﾉ単結晶では、強誘電性の新奇な物理現象として最近、ﾄﾛｲﾀﾞﾙ強誘電性が第一原理計算から予言され、基礎と応用の視点で興味深い。本研究は強誘電性のﾅﾉ単結晶について、そのﾅﾉ構造に由来した新奇な強誘電性相転移やﾄﾛｲﾀﾞﾙ強誘電性相転移に伴う不安定化ﾓｰﾄﾞ(ﾄﾛｲﾀﾞﾙｿﾌﾄﾓｰﾄﾞ)について広帯域高分解能ﾚｰｻﾞｰ分光法を用いて調べ、強誘電性ﾅﾉ結晶の相転移機構(相転移ﾀﾞｲﾅﾐｸｽ)を解明することを目的としている。今年度はこれまでﾅﾉ結晶で報告のない振動数領域0.3 GHz～1 THzで測定可能な広帯域光散乱分光ｼｽﾃﾑと実験ｼｽﾃﾑの長時間安定性の実現に成功した。本ｼｽﾃﾑを用いて粒径ｻｲｽﾞ17 nmのﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑのﾅﾉ結晶で広帯域光散乱ｽﾍﾟｸﾄﾙの温度依存性を測定することに成功し、ﾅﾉ結晶においては比較対照物質として粒径約20μmの試料から測定されたﾊﾞﾙｸのﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑが示す相転移機構と全く異なる相転移ﾀﾞｲﾅﾐｸｽを示唆する結果を得た。
また初年度に予定していた第二次高調波発生を高感度に測定するためのﾊｲﾊﾟｰﾚﾘｰ散乱分光ｼｽﾃﾑを構築し、ﾊｲﾊﾟｰﾚﾘｰｽﾍﾟｸﾄﾙの温度依存性の測定を可能にした。さらに研究の遂行の過程で必要性が明らかとなった試料評価と同時に測定条件の決定を行うためのﾏｯﾋﾟﾝｸﾞ測定ｼｽﾃﾑを導入した。
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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
初年度としてﾅﾉ結晶試料について振動数領域0.3 GHz～1 THzで測定可能な広帯域光散乱分光ｼｽﾃﾑと実験ｼｽﾃﾑの長時間安定性の実現に成功し、本ｼｽﾃﾑを用いて次の研究段階として予定していた粒径ｻｲｽﾞ17nmのﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑのﾅﾉ結晶試料で広帯域光散乱ｽﾍﾟｸﾄﾙの温度依存性を液体窒素温度から600 Kの温度領域で測定することに成功した。測定されたﾅﾉ結晶の結果は比較対照物質として用いた粒径約20ミクロンの試料から測定されたﾊﾞﾙｸのﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑが示す相転移機構とは全く異なる相転移ﾀﾞｲﾅﾐｸｽを示唆する結果を得ており、今後に予定している試料サイズ依存性と相転移機構の関係に大変興味が持たれる。
当初の予定ではナノ結晶試料において振動数領域0.1 GHz～1 THzで測定可能な広帯域光散乱分光ｼｽﾃﾑの実現を目指した。光学素子を用いてシステムの改良を重ねバルクの単結晶試料で振動数領域0.1 GHz～1 THzで測定が可能になったものの、ナノ結晶試料では0.3 GHz～1 THzに留まった。既存の分光実験に用いている励起光に100万分の1程度含まれる波長が僅かに異なる光（0.3 GHz以下）の分離を試みると極端に励起光強度が小さくなり広帯域光散乱ｽﾍﾟｸﾄﾙの測定が困難になることが明かとなった。そのため0.1GHzまでの分解能向上は断念した。0.3 GHz以下の測定領域をﾅﾉ結晶試料で実現するためには現段階では良質の単色化が可能なｱﾙｺﾞﾝｲｵﾝﾚｰｻﾞｰ（1000万円程度）の導入が不可欠と考えられる。しかし今回の改良により実験ｼｽﾃﾑの飛躍的な安定化に成功し、本研究課題の実現に向けて大きなｱﾄﾞﾊﾞﾝﾃｰｼﾞを得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
○広帯域光散乱ｽﾍﾟｸﾄﾙとSHG 強度の粒径ｻｲｽﾞ依存性
H２６年度に連携研究者らと試料作製を進め粒径サイズ7 nm、17 nm、30 nmのﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑ結晶試料を得ることに成功している。そこで２７年度はこの得られたﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑﾅﾉ結晶試料で広帯域光散乱ｽﾍﾟｸﾄﾙとSHG 強度の温度依存性を測定し、粒径ｻｲｽﾞ依存性を明らかにする。
○紫外光照射効果
初年度に構築した紫外光ﾊﾟﾙｽ励起・広帯域高分解能ﾚｰｻﾞｰ分光実験ｼｽﾃﾑを用いて紫外光ﾊﾟﾙｽ照射下で広帯域光散乱ｽﾍﾟｸﾄﾙの温度依存性と粒子径依存性、励起光強度依存性を測定する。紫外光照射下で得られたｽﾍﾟｸﾄﾙの解析からFano 効果（結合効果）を調べ、紫外光照射による電子-ﾌｫﾉﾝ相互作用を明らかにする。さらに相転移点近傍で紫外光ﾊﾟﾙｽによる高密度励起を行いナノ結晶における強誘電性相転移の光応答を調べ、光誘起相転移現象の発現を調べる。
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