高強度テラヘルツ・中赤外パルスによる強相関系の超高速電子状態制御と量子相転移

使用高强度太赫兹/中红外脉冲的强相关系统的超快电子状态控制和量子相变

基本信息

批准号：
21H04438
负责人：
岡本博
金额：
$ 26.29万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

テラヘルツパルス光源の高強度化については、チタンサファイア再生増幅器の出力パルス（パルス時間幅約100フェムト秒）をオプティカルパラメトリックアンプを使って波長変換し、波長1.5ミクロンのパルスを発生させ、そのパルスを有機非線形光学結晶であるDSTMSに集光することによって、テラヘルツパルスを発生させた。このテラヘルツパルスの発生および集光光学系を最適化することにより、乾燥空気中で3.5 MV/cmの電場振幅のテラヘルツパルスの発生に成功した。さらに、ダイヤモンドの光学窓つきのクライオスタット中では、2 MV/cmの電場振幅のテラヘルツパルスでの励起が可能となった。このテラヘルツパルスをポンプ光に、中赤外パルスをプローブ光にした反射型ポンプ－プローブ分光測定系を構築した。測定系にはクライオスタットが組み込まれており、10 Kまでの低温での時間分解分光測定が可能となっている。この光学系を用いて、電荷秩序相にあるペロブスカイト型マンガン酸化物 Gd0.55Sr0.45MnO3を、低温（10 K）にて約2 MV/cmの電場振幅のテラヘルツパルスで励起し、その際の中赤外域の反射率変化を測定したところ、低エネルギーに向かって単調に増加する反射率変化が観測された。反射率変化の電場依存性を解析することによって、この信号が、電場で誘起される量子トンネル過程によるキャリア(電子正孔対)生成によるものであることが明らかとなった。今後、電場をさらに増強することによって、電荷秩序絶縁体－金属転移の実現を目指す計画である。

To increase the intensity of the terahertz pulsed light source, the output pulse (pulse time width of approximately 100 femtoseconds) of the titanium sapphire regeneration amplifier was converted to wavelength using an optical parametric amplifier, generating a pulse of 1.5 microns of wavelength, and condensing the pulse onto the organic nonlinear optical crystal DSTMS to generate a terahertz pulse.通过优化此Terahertz脉冲的生成和收集光学元件，我们成功地生成了干燥空气中的电场振幅为3.5 mV/cm的Terahertz脉冲。此外，在带有光学窗口的钻石低温恒温器中，具有2 mV/cm的电场振幅的Terahertz脉冲激发。使用此Terahertz脉冲作为泵光和中红外脉冲作为探针光构建了反射泵探针光谱测量系统。 The measurement system incorporates a cryostat, allowing time-resolved spectroscopy at low temperatures up to 10 K. Using this optical system, perovskite-type manganese oxide Gd0.55Sr0.45MnO3 in the charge-ordered phase was excited at a low temperature (10 K) with a terahertz pulse with an electric field amplitude of approximately 2 MV/cm, and the change in reflectance in测量了中红外范围，并观察到向低能的单调增加的反射率变化。通过分析反射率变化的电场依赖性，已经揭示了该信号是由于电场诱导的量子隧穿过程产生的载体（电子孔对）。将来，该公司计划进一步加强电场，以实现由电荷订购的绝缘体金属过渡。