強誘電体ソフトモードを利用した量子トランスデューサの開発

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強誘電・常誘電相転移をする非線形結晶は、その相転移点近傍で、誘電率や電気分極の相関長等、様々な物理量が発散傾向を示す。この背後には、応答関数の極に対応するモード(Γ点近傍の光学フォノンなど)がソフト化し、系の電磁波に対する応答関数に異常な振る舞いをもたらすという物理がある。本研究では、この巨大な電磁応答を示すソフトモードに注目し、非線形結晶の強誘電・常誘電相転移点近傍で、マイクロ波から光への高効率でコヒーレントな変換を目指した。H28年度は、強誘電・常誘電相転移を示すDKDP結晶を導入でき、その結晶に電場が集中するようなギャップ領域を持つマイクロ波共振器の設計を行い、作製した。実際に作製したマイクロ波共振器に結晶を導入し、温度を掃引しながらマイクロ波共振器のマイクロ波応答を測定すると結晶の相転移に起因する特徴的なマイクロ波応答をすることを確認した。また、光学応答に関しても実験を実施し、マイクロ波共振器内の結晶によって光の偏光が変調されるマイクロ波から光のサイドバンドへのコヒーレントな変換を実現した。H29年度は、結晶の入ったマイクロ波共振器のマイクロ波応答の虚数部やその結晶による光の変調度の最大点が転移点から少し低温側の強誘電相で起こるという異常な振る舞いを解明すべく、体積が異なる３つのマイクロ波共振器を作製し、同様の実験を実施した。異常な振る舞いがどの共振器でも再現でき、その異常を示す温度が共振器に依存しないことを見いだした。H30年度は、前年度に見出された異常な振る舞いの解明を目指し、結晶の入ったマイクロ波共振器のマイクロ波応答関数の実部と虚部をCole-Cole図を使って解析した結果、異常な振る舞いが少なくとも未知の構造相転移に起因するものではないという結論に至った。しかし、この異常な振る舞いの真相はまだ解明されたとは言い難く、今後さらに研究を進める必要がある。