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強相関電子系の光誘起相転移における電子ダイナミクスの実時間観測

实时观察强相关电子系统光致相变中的电子动力学

基本信息

批准号：
15H06130
负责人：
宮本辰也
金额：
$ 0.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-08-28 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H06130/
关键词：
光物性光誘起相転移超高速現象モット絶縁体

项目摘要

強相関系物質では、光誘起絶縁体―金属転移をはじめとして高効率・超高速の光誘起相転移現象が見出されており、将来の光スイッチングデバイスへの応用が期待されている。学術的にも、光物性や非平衡物理の新しいトピックスとして、近年盛んに研究されている。しかし、通常汎用的に使われている100fsクラスのレーザーを用いた過渡分光では光誘起相転移現象において最も重要な光励起直後の電子系の変化を捉えることはできず、より高い時間分解能の過渡分光測定が求められている。本研究では、非同軸オプティカルパラメトリックアンプ（NOPA）を自作して、それを利用したポンプ―プローブ分光を行うことで、強相関系の光誘起相転移における電子ダイナミクスを解明することを目的とした。自作したNOPAのシグナル光のチャープをチャープミラー対と石英板を利用して補正することで、7fsの時間幅を持つ可視超短パルス光を得ることに成功した。このパルス光を利用した時間分解能10 fsのポンプ―プローブ分光を行うことによって、二次元モット絶縁体である銅酸化物Nd2CuO4の光キャリアダイナミクスの初期過程を調べた。その結果、約18fsの時間スケールで光キャリアが磁気ポーラロンへと変化することが明らかとなった。また、反射率変化には、マグノンに対応するようなコヒーレント振動が観測された。これは、光キャリアの緩和にはマグノンが重要な役割を果たしていることを意味する。さらに、励起光子密度を増大させると金属状態が生成するが、その緩和時間が10fs～40fsであることが分かった。励起光子密度を大きくすると緩和時間が速くなることから、金属状態の緩和はオージェ再結合によるものであると結論づけた。このように、10fsのポンプ―プローブ分光を行うことで、二次元モット絶縁体の光キャリアダイナミクスの初期過程を明らかにしたことが、本研究の成果である。

Strong phase-related substances, light-induced insulators-metal phase shift phenomenon, high efficiency, ultra-high speed light-induced phase shift phenomenon has been found, future light-induced phase shift phenomenon is expected to be in the middle of the future. Academic, optical and physical properties of non-equilibrium physics in recent years, research and development In general, it is widely used to measure the phase shift phenomenon induced by light in the transition spectrum. The most important phenomenon is the transformation of the electron system after light excitation. This study aims at solving the problem of photoinduced phase shift due to non-coaxial optical separation (NOPA) and optical separation. The self-made NOPA light source was successfully corrected by using quartz plate with 7fs time amplitude. The initial process of the optical decomposition of Cu2CuO4 can be modulated by the time of the optical decomposition of Cu2CuO4. The result is about 18 fs of light. The reflection rate is low. This is the first time I've ever seen a woman. When the photon density increases, the relaxation time of the metal state increases from 10fs to 40fs. Excitation photon density increases, relaxation time increases, relaxation time decreases, metal state decreases, recombination time decreases, and relaxation time decreases. The results of this study are summarized as follows: 1. The initial process of optical separation of dielectric materials in 10fs.