THzメタマテリアル共振器によるフォノン強結合状態の実現と物性制御への応用

利用太赫兹超材料谐振器实现强声子耦合态及其物理性质控制的应用

• 批准号: 21H01842
• 负责人: 廣理 英基
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01842/
• 关键词: テラヘルツ; メタマテリアル; 強結合; 磁性体; 半導体; 反強磁性体; ペロブスカイト半導体; テラヘルツメタマテリアル; テラヘルツ分光; キャビティ強結合

本研究では、テラヘルツ（THz）周波数帯の「電磁場の量子揺らぎ」（ゼロ点振動場）やレーザーから発生したテラヘルツ波を、金属メタマテリアル共振器（キャビティ）を通して閉じ込め、物質中のフォノン（格子振動）やマグノン（スピン集団運動）との強結合状態を実現することで物性の制御を目指している。これまでにハロゲン化ペロブスカイト半導体のCH3NH3PbI3の0.95THzのフォノン（Pb-I-Pb結合の振動）をナノ構造の分割リング共鳴器（SRR）で真空光子に結合した。SRRのギャップを100nmに狭めて超強結合筐体を実現し、SRRの吸収ピークの周波数がフォノン周波数と等しいときにラビ分裂を観測した（Phys. Rev. Research 3, L032021（2021））。さらに、マグノンとテラヘルツ波の高効率な結合を目指し、らせん型の金属アンテナを作製した。これにより、傾角反強磁性体HoFeO3における、テラヘルツ磁場とマグノンを高効率に結合させ、大きな磁化変化をもたらすことを観測した（Nature Communications 14, 1795（2023））。観測したファラデー回転信号の周波数スペクトルには、強磁性ベクトルMの基準振動に対し2倍、3倍の周波数に対応する非線形な振動を意味する明瞭なピーク構造が含まれることがわかった。従来の研究でも２倍波のスピン振動が観測される例はあったが、理論的に反強磁性ベクトルの基準振動も強磁性ベクトルの２倍の周波数を持つため、非線形性を示す十分な証拠はなかった。今回、３倍波の非線形信号を観測できたことにより、強磁性ベクトルMの振動の非線形性が明らかとなった。またジャロシンスキー・守谷相互作用によって反転対称性の破れたスピン系の磁気秩序と対応する系のエネルギーが高周波成分発生の選択則を決定することを理論的に示した。

In this study, the "quantum vibration of electromagnetic field"(dot vibration field) in the frequency band of THz, the "quantum vibration of electromagnetic field"(dot vibration field), the "quantum vibration field"(dot vibration field), the "resonance field"(dot vibration field), The structure of the semiconductor CH3NH3PbI3 0.95THz (vibration of Pb-I-Pb bond) is divided into two parts: the first part is the vacuum photon bond. SRR's absorption spectrum is measured at 100nm and the absorption spectrum is measured at 100 nm (Phys. Rev. Research 3, L032021 (2021)). The high efficiency of the laser beam is controlled by the laser beam. The antiferromagnetic material HoFeO3 has a high magnetic field efficiency and a high magnetization (Nature Communications 14, 1795 (2023)). The number of cycles of the ferromagnetic echo signal corresponds to 2 or 3 times the number of cycles of the ferromagnetic echo signal, and the non-linear vibration of the ferromagnetic echo signal corresponds to 2 or 3 times the number of cycles of the ferromagnetic echo signal. In recent years, the study of double wave vibration measurement has been carried out. For example, theoretical antiferromagnetic vibration measurement has been carried out. The double wave number of ferromagnetic vibration measurement has been maintained and non-linearity has been demonstrated. Now, three times the wave of non-linear signal measurement, ferromagnetic vibration of non-linear nature of the light. The magnetic field of the antisymmetric system is determined by the selection of high-frequency components.

项目成果

京都大学化学研究所廣理ホームページ

京都大学化学研究所 Hirori 主页

Terahertz-induced high-order harmonic generation and nonlinear charge transport in graphene

• DOI: 10.1103/physrevb.106.024313
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Wen-Hao Mao;Á. Rubio;S. A. Sato

THz 強電磁場・強結合駆動による物性制御

太赫兹强电磁场/强耦合驱动控制物理特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Okazaki Yasumasa;Tanaka Hiromasa;Hori Masaru;Toyokuni Shinya;鈴木貴;廣理英基
• 通讯作者: 廣理英基

Multicycle THz magnetic field inducing coherent spin switching

多周期太赫兹磁场诱导相干自旋切换

• 发表时间: 2023
• 作者: Zhenya Zhang;Kei Maruyama;Fumiya Sekiguchi;Takayuki Kurihara;Makoto Nakajima;Takehiro Tachizaki;Yoshihiko Kanemitsu;and Hideki Hirori
• 通讯作者: and Hideki Hirori

Ultrastrong coupling between THz phonons and photons caused by an enhanced vacuum electric field

• DOI: 10.1103/physrevresearch.3.l032021
• 发表时间: 2021-07
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Zhenya Zhang;H. Hirori;F. Sekiguchi;A. Shimazaki;Yasuko Iwasaki;Tomoya Nakamura;A. Wakamiya;Y. Kanemitsu