高精度万能旋光計の原理を取り入れた光イメージング装置の開発

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10年来, 申請者は新しいイメージング測定技術を用いて, ドメイン構造を観察しながら任意の場所で定量評価ができる光イメージング装置を開発し, 様々な成果を上げてきた。しかし昨年度までの研究によって, イメージング像をピクセル毎に旋光性と複屈折を分離するには計算コストが非常に高いことが分かっていた。そこで今年度は計算コストを抑えながら光の偏光状態の変化量を計算する方法として, ビッグデータのマイニング法として知られている多変量解析法を取り入れることにした。量子常誘電体SrTiO3に対し[001]方向から外力を印加しながら光イメージング測定を行った結果, 約20Kで強誘電状態が出現することを観察した。しかし試料の場所によって発生する応力が異なるため, 光の偏光状態に大きな空間分布が現れた。そこで応力によって誘起される強誘電状態を解明するため, 相転移温度前後の30.0Kと14.1Kでの光の偏光状態の変化量に注目した。多変量解析法による全量解析を行うため, 入射光と出射光の偏光状態を表す8個の変数を2個の変数へと縮約し, その2個の変数に対して方向統計学を適用し, さらに3種類の波長の実験結果をまとめ, 1万ピクセル×12次元のデータに整えた。そのデータに対してクラスター分析を行った結果, 3種類(C1, C2, C3)のドメインに分類できた。ドメインC1では応力が集中しているため, ドメインC2とC3に比べて有意に大きな自発分極が現れた。一方, ドメインC2とC3は自発分極の大きさは同じだが, その向きがわずかに異なっていることが分かった。これらの結果から, クラスター分析によって, 応力印加によるSrTiO3の強誘電状態の分布状態が可視化できた。本手法を用いれば, 計算コストをかけることなく偏光状態の変化量が計算できることが分かった。