低次元電子-格子系における光誘起構造相転移の理論的研究

ひとつのサイトの電子励起状態は、電子-格子相互作用によって、ある格子歪みを伴った準安定状態に一旦緩和するが、その際に近接サイトの格子歪みを誘発する。この微視的過程が協力しあってどのように結晶全体の格子歪み状態すなわち構造変化した状態に移り変わるのかを明らかにするために、局在電子-格子系を理論的に考察した。光励起によって生成された局所的励起状態のエネルギー緩和と時空間伝搬過程とを数値シミュレーションによって追跡した。昨年度に提案した大域的相互作用する2パラボラモデルを用いて、透熱過程と断熱過程のクロスオーバー効果を初めて明らかにし、「確率的ドミノ倒し効果」と「決定論的ドミノ倒し効果」の2種類が存在することを示した。サイト間結合強度が弱すぎると、励起された1サイトのみが局所構造変化を起こした状態が準安定であるが、結合強度が強すぎると、すべて元の状態に戻ってしまう。ドミノ倒し効果によって大域的構造転移が生じるのは、相互作用距離が短距離で、中間的結合強度の場合に限られる。これは平均場近似では記述できない結果である。さらに、実際に実験観測されている現象(TTF-CA結晶における光誘起中性-イオン(NI)性転移とスピンスロスオーバー錯体における光誘起スピン転移)を解析した。NI転移では、系の構造対称性の自発的破れを伴う点が特徴的な光誘起構造相転移であり、数値シミュレーションによってN(I)相に光でI(N)相をドメイン注入するダイナミクスを考察した。また、スピン転移では、多フォノン放出によって無輻射遷移する過程と光励起過程との競合によって、閾値が生じることを理論的に明らかにし、実験結果を微視的立場から解析することができた。

ひとつのサイトの電子励起状態は、電子-格子相互作用によって、ある格子歪みを伴った準安定状態に一旦緩和するが、その際に近接サイトの格子歪みを誘発する。この微視的過程が協力しあってどのように結晶全体の格子歪み状態すなわち構造変化した状態に移り変わるのかを明らかにするために、局在電子-格子系を理論的に考察した。光励起によって生成された局所的励起状態のエネルギー緩和と時空間伝搬過程とを数値シミュレーションによって追跡した。昨年度に提案した大域的相互作用する2パラボラモデルを用いて、透熱過程と断熱過程のクロスオーバー効果を初めて明らかにし、「確率的ドミノ倒し効果」と「決定論的ドミノ倒し効果」の2種類が存在することを示した。サイト間結合強度が弱すぎると、励起された1サイトのみが局所構造変化を起こした状態が準安定であるが、結合強度が強すぎると、すべて元の状態に戻ってしまう。ドミノ倒し効果によって大域的構造転移が生じるのは、相互作用距離が短距離で、中間的結合強度の場合に限られる。これは平均場近似では記述できない結果である。さらに、実際に実験観測されている現象(TTF-CA結晶における光誘起中性-イオン(NI)性転移とスピンスロスオーバー錯体における光誘起スピン転移)を解析した。NI転移では、系の構造対称性の自発的破れを伴う点が特徴的な光誘起構造相転移であり、数値シミュレーションによってN(I)相に光でI(N)相をドメイン注入するダイナミクスを考察した。また、スピン転移では、多フォノン放出によって無輻射遷移する過程と光励起過程との競合によって、閾値が生じることを理論的に明らかにし、実験結果を微視的立場から解析することができた。