【研究分野】応用物理物性およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19050 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / マルチフェロイクス / テラヘルツ分光 / 磁性体 / マルチフェロイック

【研究成果の概要】

本研究ではエレクトロマグノンと呼ばれる巨大磁気共鳴を介した新しいスピン流生成の手法を開拓する。テラヘルツ帯のエレクトロマグノンを共鳴をするための高強度テラヘルツ光源の構築を行い、繰り返しが1 kHzの光源で平均パワーで 1.8 mW、中心周波数が0.6 THzのテラヘルツ光を得た。一方、強いエレクトロマグノン共鳴を持ち、かつ室温でも使用可能な材料の探索を行い、マルチフェロイクス材料のひとつであるヘキサフェライトを用いたスピン流検出のためのデバイス作成を行った。テラヘルツ照射下でのスピン流生成を示す信号を、逆スピンホール効果により検出することに成功した。

【研究の社会的意義】

スピン流は物質中の新しい流れとして応用も含めた広い観点から大きな注目を集めている。通常、マグノンスピンポンピングではマイクロ波によるスピン波励起が用いられるが、本研究では光の電場に応答するエレクトロマグノン励起を利用してテラヘルツ帯の光を用いてスピン流生成を実現させることを目的とした。強力な光源を得ることが難しいテラヘルツ帯で、巨大なエレクトロマグノン共鳴を持つ物質の見出すことに成功し、その材料を用いてテラヘルツ光によって生成されたスピン流観測に成功した。本研究で実現したスピン流観測法の確立は、有効な光学デバイスの少ないテラヘルツ帯での光機能開拓への展開が期待できる。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】17H04845 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / マルチフェロイクス / テラヘルツ分光 / マルチフェロイック / 磁性体 / テラヘルツ

【研究成果の概要】

カイラリティは空間反転対称性の破れを示し、物理・光学・化学・生物など幅広い分野で重要な概念である。通常は化学的な結晶構造に由来して物質がカイラリティを持つ。しかし、スピンの秩序においても、カイラリティが生じ、その重要性が近年広く議論されている。本研究では、スピン構造に由来したカイラリティの基礎特性の解明、その制御などスピンを使うことで得られる自由度の開拓を目的とした。テラヘルツ帯の偏光分光を行うことで、らせん型スピン構造に由来した自然旋光性を観測することに成功した。更に、自然旋光性を指標とすることで、カイラルドメイン壁のダイナミクスの動的相転移の観測に成功した。

【研究の社会的意義】

カイラリティは対称性の破れを示す普遍的な概念である。一般的にはカイラリティは結晶や分子中の原子位置によって生じるが、スピン構造によっても結晶構造とは独立にカイラリティを持ちうる。スピン構造由来のカイラリティの最も基本的な特性である、自然旋光性をテラヘルツ帯のエレクトロマグノンの共鳴で観測することに成功し、カイラリティが外場で制御しうることを明らかにした。この結果はスピン由来のカイラリティの持つ基礎特性を解明しただけではなく、スピン構造特有の機能性を持ちうることを示したものである。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】15H05452 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / テラヘルツ / 超伝導 / ヒッグス機構 / テラヘルツ分光 / ヒッグスモード

【研究成果の概要】

超伝導における秩序パラメーターの揺らぎに相当する集団励起モード、いわゆるヒッグスモードの性質を、高強度テラヘルツパルスを用いた非線形光学応答を駆使して詳細に調べた。従来型s波超伝導体の非線形テラヘルツ応答にはヒッグスモードが支配的に寄与していることを証明し、BCS平均場近似を用いるとヒッグスモードの寄与を一縷しく過小評価してしまうことを示した。また強い定常電流下においてヒッグスモードが光学活性化し線形応答においても観測されることを示した。さらに銅酸化物高温超伝導体に注目し、d波超伝導のヒッグスモードの観測に成功したほか、非平衡ジョセフソンプラズマ共鳴の解釈について新たな知見を得た。

【研究の社会的意義】

超伝導は素粒子物理と極めて高い類似性を持つことが古くから知られ、その研究の発展は物理学全体に大きな影響を及ぼしてきたが、ヒッグス粒子に相当する集団的振る舞い（ヒッグスモード）は、普遍的現象であるにも関わらずこれまでほとんど調べられていなかった。高強度テラヘルツパルスによる最先端光学測定を用いた我々の研究によって、超伝導ヒッグスモードを観測する実験が実現し、様々な超伝導体においてその性質が明らかになった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)

【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】26706011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / マルチフェロイクス / テラヘルツ分光 / マルチフェロイック / エレクトロマグノン / テラヘルツ / 磁性体

【研究成果の概要】

テラヘルツ帯に現れるエレクトロマグノン共鳴を利用し、電気磁気光学効果の新原理の開拓、巨大応答の実現を目指した研究を行った。らせん型に配列したスピン構造を利用することで、エレクトロマグノン共鳴における磁気カイラル効果を実現した。これは結晶構造に依存せずスピン構造のみに由来する現象であり、らせん磁性体の持つ一般的な動的応答である。特にデラフォサイト型の物質においては、４００％もの光学応答の変化を示す巨大な電気磁気光学効果（方向２色性）を実現した。一方、磁性由来の強誘電分極の伸縮モードに対応するエレクトロマグノンを観測し、その共鳴が電気磁気光学効果を示すことを明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】25247049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / フェムト秒レーザー / 誘電体物性 / テラヘルツ分光 / 分子性固体 / テラヘルツ電磁波 / 有機強誘電体 / フェムト秒レーザー分光

【研究成果の概要】

分子内あるいは分子間のπ電子の移動が分極の起源である電子型有機強誘電体（TTF-CA、α-(ET)2I3、クロコン酸）を対象とし、テラヘルツ電場パルスによるサブピコ秒の強誘電分極変調に初めて成功した。また、TTF-CAの常誘電相にテラヘルツ電場を印加することにより、サブピコ秒の時間で強誘電相の約20%の巨大分極を誘起できることを明らかにした。このような高速高効率の分極応答は、電子型誘電体に特有のものであることを示した。本研究で実証したテラヘルツパルスによる分極制御法は、高速の光変調や光スイッチに応用できるものであり、今後、基礎、応用両面からの研究の進展が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】35,100千円 (直接経費: 27,000千円、間接経費: 8,100千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】23244065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / テラヘルツ分光 / 高強度テラヘルツ光 / テラヘルツ光 / 非線形光学効果 / キャリア増幅 / テラヘルツ / 非線形分光 / 半導体光物性

【研究成果の概要】

高強度テラヘルツ電場によって誘起される固体内の電子の極限的な加速や極端に非平衡な電子系の生成を目指して、高強度テラヘルツ光源の開発をおこなった。グラフェンや半導体量子井戸においては、極端に高いエネルギー状態まで電子が加速され、衝突イオン化過程によってキャリア増幅がおきることを明らかにした。また、高強度テラヘルツ電場下での固体電子系で期待される極端な非線形光学過程を記述可能な理論を構築し、高次高調波発生のテラヘルツ強度依存性を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】47,710千円 (直接経費: 36,700千円、間接経費: 11,010千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】20740170 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機導体 / スピン密度波 / テラヘルツ分光 / ポンプ・プローブ計測 / 光物性 / 光学伝導度 / ポンププローブ分光 / フラヘルツ波 / テラヘルツ波

【研究成果の概要】

擬一次元有機導体(TMTSF) 2PF 6におけるスピン密度波状態の光励起ダイナミクスについて光ポンプ・テラヘルツ波プローブ分光計測によって詳細に調べた。近赤外超短パルス光照射後すぐにテラヘルツ帯に存在するスピン密度波ギャップが閉じ、その後ギャップが回復してゆく様子を明瞭に捉えることができた。相転移温度においてギャップは完全に閉じない一方、ギャップ回復時間は発散する様子が確認できた。この現象を、一次元系に特徴的な大きなゆらぎの帰結として現れる相転移温度近傍における臨界緩和現象として考察した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)