コヒーレントフォノン励起法による量子ゆらぎダイナミクスの研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14204029
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 八木 駿郎 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30002132)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 満 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (30151541) ; 武貞 正樹 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (30311434)
• Keywords: 量子ゆらぎ / 量子常誘電体 / ソフトモード / 相転移ダイナミクス / 同位元素誘起強誘電性 / STO / STO18 / FMR

Research Abstract

前年度の経過に続いて本年度では、本研究の主要な目的である0.5K近傍での量子ゆらぎスペクトルの観測を実行した。そのため、標準的量子常誘電体として扱われているペロブスカイト酸化物誘電体チタン酸ストロンチウムSrTiO_3(以下でSTOと略記)の4K以下の温度領域における光散乱実験を行った。とくに絶対0度まで常誘電相を保つことで量子常誘電体とされるSTOの酸素を同位元素^<18>Oで置換した試料(STO18)で発見された強誘電性に着目し、その発現機構のダイナミクスと量子ゆらぎの関係を調べた。STO18試料は高温下で^<18>O_2ガス中でのSTOの酸素置換で作成され(伊藤)、広帯域高分解能光散乱実験(武貞)によりスペクトルが観測された。その結果、^<18>O原子置喚によるTiO_6八面体の有効質量の増加によるSlaterモードの振動数の低下が基本的に強誘電性を引き起こし、強誘電相転移温度に近づくと極性格子振動数の低下した状態でゆらぎの相関が発達し、クラスターダイナミクスが重要になることを示唆するセントラルピーク及び強誘電性マイクロ領域(Ferroelectric Micro-Region、FMRと略記)スペクトルが観測された。これによりSTOの相転移機構としては、ソフトモードダイナミクスが主要な部分を占めるが、転移点近傍では従来FMRとして知られている極性クラスター間の相互作用が、極低温領域では緩和型の運度を示していることが明らかになった。このためヘリウム3を用いた極低温光散乱セルが製作され、計画通りの性能を発揮して実験に使われている。本年度において極低温光散乱セルが予定どおりに動作することが実証されたので、来年度では量子ゆらぎそのもののダイナミクスを解明することに着手する。

Research Products

• [Publications] M.Takesada, T.Yagi, M.Itoh, S.Koshihara: "A Gigantic Photoinduced Dielectric Constant of Quantum Paraelectric Perovskite Oxides Observed under a Weak DC Electric Field"J.Phys.Soc.Jpn.. 72. 1-4 (2003)
• [Publications] M.Takesada, M.Itoh, T.Yagi, S.Koshihara: "Dielectric Enhancement in Quantum Paraelertric SrTiO_3 by UV Laser Irradiation under DC Electric Field"Ferroelectrics. 286. 725-730 (2003)
• [Publications] T.Yagi, J.Kano, T.Watanuki, Y.Tsujimi, K.A.Nelson: "Phase transition dynamics studied by coherent phonon excitation with ultra-short laser pulses"Ferroelectrics. 285. 3-13 (2003)
• [Publications] T.Yagi, J.Kano, T.Watanuki, Y.Tsujimi, K.A.Nelson: "Femtosecond time-resolved spectroscopic study of the slow dynamics in structural phase transition"J.Korean Phys.Soc.. 42. S1012-S1016 (2003)
• [Publications] M.Takesada, T.Yagi, M.Itoh, T.Ishikawa, S.Koshihara: "Photoinduced Phenomena in Quantum Paraelectric Oxides by Ultraviolet Laser Irradiation"Ferroelectrics. (in press).
• [Publications] M.Kasahara, T.Yagi: "Raman scattering study of Rb_3D_xH_<1-x>(SO_4)_2"J.Korean Phys.Soc.. 42. S1287-S1293 (2003)