Study of spin dynamics in topological materials using ultrafast magneto-optical effects

今年度は、トポロジカル絶縁体における光磁気効果の観測技術をさらに高感度化・長波長化するために、光源整備を中心に実験準備を開始した。筑波大では、既存のフェムト秒レーザー再生増幅器＋光パラメトリック増幅器（Optical Parametric Amplifier：OPA, 中心波長800 nm, 1100~1600 nm, <60 fs, 繰り返し100 kHz）を活用して、基本波（800 nm; 1.55 eV）とOPA出力光との差周波光である2950 nm（0.42 eV）を非線形光学結晶中で発生させることを試みた。その結果、2190 nm（0.57 eV）の差周波光発生には成功したが、目標の2950 nm（0.42 eV）までには至っていない。一方、典型的なトポロジカル絶縁体であるBi2Se3単結晶を購入し、バルク試料の光磁気効果の観測をOPA出力光を用いて波長1200~1600 nmで行ったところ、逆ファラデー効果と光カー効果による信号を得ることができた。また、高圧下ではトポロジカル超伝導を示すことが知られる1T-TiSe2単結晶における基本波でのフェムト秒分光測定を行い、室温において電荷密度波に起因するフォノンモードの観測に成功している。さらに、第一原理計算により試料の電子構造や非線形感受率・誘電率テンソルに関する知見を得るため、高性能サーバーを慶應大学に導入し、試験的に遷移金属ダイカルコゲナイドであるMoTe2の誘電率の計算を行った。

今年度は、トポロジカル絶縁体における光磁気効果の観測技術をさらに高感度化・長波長化するために、光源整備を中心に実験準備を開始した。筑波大では、既存のフェムト秒レーザー再生増幅器＋光パラメトリック増幅器（Optical Parametric Amplifier：OPA, 中心波長800 nm, 1100~1600 nm, <60 fs, 繰り返し100 kHz）を活用して、基本波（800 nm; 1.55 eV）とOPA出力光との差周波光である2950 nm（0.42 eV）を非線形光学結晶中で発生させることを試みた。その結果、2190 nm（0.57 eV）の差周波光発生には成功したが、目標の2950 nm（0.42 eV）までには至っていない。一方、典型的なトポロジカル絶縁体であるBi2Se3単結晶を購入し、バルク試料の光磁気効果の観測をOPA出力光を用いて波長1200~1600 nmで行ったところ、逆ファラデー効果と光カー効果による信号を得ることができた。また、高圧下ではトポロジカル超伝導を示すことが知られる1T-TiSe2単結晶における基本波でのフェムト秒分光測定を行い、室温において電荷密度波に起因するフォノンモードの観測に成功している。さらに、第一原理計算により試料の電子構造や非線形感受率・誘電率テンソルに関する知見を得るため、高性能サーバーを慶應大学に導入し、試験的に遷移金属ダイカルコゲナイドであるMoTe2の誘電率の計算を行った。