トポロジカル物性解析のための非線形分光計測手法の開発

拓扑特性分析非线性光谱测量方法的发展

• 批准号: 18656016
• 负责人: 戸田 泰則
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18656016/
• 关键词: トポロジー; 四光波混合; 位相干渉; 励起子; 電荷密度波; 時間分解分光; 光渦; 超短光パルス

本研究では、結晶のトポロジカルな空間対称性の破れに起因する電子状態の空間位相変化を検出する手法の確立を目的とした。本年度の成果として、1)四光波混合(FWM)分光を用いた位相干渉計測の確立、2)結晶トポロジーを反映した電子状態の時間特性変化の観測、3)トポロジー光パルスの発生と解析評価の確立、を達成した。FWMをベースとした時空間位相計測1)は、空間的な指向性を有するFWM光と励起光から分離した参照光との間で干渉系を構築することで実現した。干渉パターンをCCDにより検出し、2次元フーリエ変換を通して時間分解型のFWM信号を観測する。測定試料として、励起子束縛エネルギーが大きく、理想的な多準位系として異種励起子を扱える窒化ガリウム薄膜を用いた。異種励起子量子ビートと励起子-励起子分子量子ビートを観測したところ、2準位系と3準位系の励起子光学遷移にもとづくビート信号の違いを明らかにすることができた。並行して2)結晶のトポロジー変化に起因する電子状態の変化を明らかにすることを試みた。試料として特異なトポロジーを有する低次元導体を用いた。この物質は低温で電荷密度波と呼ばれる電子の集団励起状態を形成し、金属-絶縁体相転移を生じる。時間分解分光を用いて巨視的量子秩序形成を反映した電子応答変化を確認し、その温度依存性から結晶トポロジーによる有意な差を確認することに成功した。以上の結果にもとづき、3)より発展的なトポロジー計測を目的とした光渦パルスの発生を試みた。光渦パルスの評価は1)で確立した空間干渉をベースにし、時空間位相解析を実現した。光渦パルスとして50fs程度の短パルス生成に成功し、ドーナッツ状の強度分布と位相特異点の存在を明らかにした。また干渉振幅に着目すると、最大振幅を取る遅延時間が方位角に応じて変化していくことを見出した。

The purpose of this study is to establish a method for the spatial phase transformation of electron states due to the spatial symmetry of crystals. This year's achievements include: 1) Establishment of phase interference measurement for four-wave mixing (FWM) spectroscopy; 2) Determination of time characteristics of crystal phase reflection; 3) Establishment of generation analysis for FWM spectroscopy; FWM light source separation and spatial phase measurement 1) Directionality of FWM light source separation and spatial phase measurement CCD detection, 2-D conversion, time resolution and FWM signal detection Determination of sample size, excitation constraints, ideal multi-level system, heterogeneous excitation, and thin film application Heterogeneous excitation quantum, excitation molecular quantum, excitation optical migration, excitation signal, excitation signal. 2) Crystallization of the electron state of the crystal The material is very low dimensional. The charge density wave of the substance at low temperature and the excitation state of the electron are formed, and the metal-insulator phase shift occurs. Time resolved spectroscopy is used to determine the quantum order of the electron beam and its temperature dependence. The above results show that the development of the optical vortex is very important. The spatial coherence and temporal spatial phase analysis of optical vortex are established. The light vortex is generated successfully in a short period of 50fs, and the intensity distribution and the existence of phase specific points are clearly observed. The maximum amplitude of the wave is determined by the azimuth angle.

项目成果

Selective optical probing of the charge-density-wave phases in NbSe3

• DOI: 10.1103/physrevb.75.115120
• 发表时间: 2007-03
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: K. Shimatake;Y. Toda;S. Tanda

Coherent double-pulse excitation of charge-density-wave oscillation

• DOI: 10.1143/jjap.46.870
• 发表时间: 2007-02-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS
• 作者: Onozaki, Tatsuyuki;Toda, Yasunori;Morita, Ryuji
• 通讯作者: Morita, Ryuji

トポロジーを視点とした光物性計測

从拓扑角度测量光学特性

• 发表时间: 2007
• 期刊: マテリアルインテグレーション (In press)
• 作者: 戸田泰則;島竹克大
• 通讯作者: 島竹克大

Quenching of phase coherence in quasi-one-dimensional ring crystals

准一维环形晶体中相位相干性的淬灭

• 发表时间: 2006
• 期刊: Phys. Rev. B 73
• 作者: K.Shimatake;Y.Toda;S.Tanda
• 通讯作者: S.Tanda