Research

本研究室ではレーザーに基づく新しい分光計測法を開発するとともに、 それを用いて固体における電子状態、局所構造、電子格子相互作用およびその超高速ダイナミクスの研究を行っている。特に「波束ダイナミクス」 「光誘起相転移」 「テラヘルツ分光」に注目している。

研究紹介

1.　超高速時間分解発光による波束ムービーの作成

　試料からの発光とゲート光レーザーパルスとの和周波をとることにより，超高速の時間分解測定が実現できる（時間分解能40fsec）．この装置を用いて，擬１次元白金錯体Pt-Br系において，励起子の局在化に伴って励起される局在格子振動を発光強度の変動として実時間上で捉え，波束の2次元運動や分裂現象のムービー作成に成功した（図１(a)）．断熱ポテンシャル面上を滑り降りた波束が障壁の頂上(b)付近で二つに分裂する様子が，「出島」のような形で観測されている（(a)の白い矢印）(Phys. Rev. B 81, 081102(2010)) ．

図１　フェムト秒発光で見た波束の分裂現象（Pt-Br錯体）

２. テラヘルツ時間領域分光法によるスピン共鳴の観測と制御

　従来強力な光源の得られなかったTHz（10¹² Hz）領域でのフェムト秒光源が近年開発されて，遠赤外光を電場波形として記録することが可能になった． THz波の磁場成分をパルス磁場として用いて，スピンの歳差運動をコヒーレントに励起することができる（図２(a)）．図2(b)は単結晶YFeO₃におけるスピン歳差運動をTHz分光法で観察したもので，歳差運動は振動波形として観測される．さらにTHzダブルパルスの間隔を調整することにより，スピンの歳差運動を増幅したり停止させたりという制御も可能であることを示した(図2(b)の下2つの波形)．(Phys. Rev. Lett. 105, 237201 (2010))．

図２　THz分光法を利用したスピン歳差運動の励起と制御

３. ラマン分光と赤外時間分解分光による光誘起相転移の研究

　ある種の物質では光励起によって相転移を起こさせることができる．その転移がどのような速さで起こるか，新しい相のドメインが空間的にどのような発展をするかに注目が集まっている．図３(a)に，シアノ架橋錯体（RbMnFe系）の磁化率の温度変化を示す．12K以下の低温で強磁性を示すが，緑色の光（532 nm）を照射すると自発磁化のない状態に転移し，400nmの紫外光を照射すると元にもどる．金属イオンを連結しているCN分子(c)の振動をラマン，赤外分光によって測定することにより，そこが低温相であるか，高温相であるか，またはドメインの境界に位置するかがわかる(J. Chem. Phys. 131, 154505-1-9 (2009))． 現在は時間分解赤外分光により，ドメインの成長過程などを研究している．

図３　光によって磁性が変化する「シアノ架橋錯体」

４. 時間分解軟X線干渉計の開発

　波長が可視光の1/40（13.9 nm）の軟X線レーザー（原子力研究機構）を用いて固体表面からの反射光の干渉を測定すると，高さ1 nm程度の非常に小さい起伏を観察することができる．さらに，パルス性を利用して表面形状のピコ秒スナップショットが取得できる．図４の(a)(b)は白金薄膜をレーザーアブレーションしたときの表面膨張である．干渉縞が曲がっていることから，50psにおいて10数nm膨らんでいることがわかる．このような手法を用いると，アブレーションだけでなく，光誘起相転移にともなう表面形状の変化が10ps以下の時間分解能で測定できると期待される．(Opt. Exp. 18, 14114-14122 (2010))．

図４　時間分解軟X線干渉計によって測定したレーザーアブレーションの過程と軟X線レーザーによって研究できる現象．

新領域ガイダンス用資料(2009年)

2009年度物性研一般公開展示(一般の方向け、超高速発光&テラヘルツ)

Previous Themes

• 超高速時間分解発光分光による波束ムービー
• 時間分解ラマン散乱法による高温超電導体の研究
• 擬一次元系における超高速格子緩和
• テラヘルツ波ポンププローブ分光による光誘起相転移の観測
• アルカリハライドFセンターにおける核波束ダイナミクス
• コヒーレント励起分光法による磁気励起
• SiCにおけるキャリアーダイナミクス
• ガラス系物質におけるホールバーニング分光
• テラヘルツ波の発生メカニズム
• Germaniumにおける時間分解電子ラマン

修士論文・博士論文