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

利用超快磁光效应研究拓扑材料中的自旋动力学

基本信息

批准号：
22H01151
负责人：
長谷宗明
金额：
$ 11.23万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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，我们开始以光源制备为中心的实验准备工作，以进一步提高拓扑绝缘体磁光效应观测技术的灵敏度和波长。在筑波大学，基波（800 nm；1.55 eV）和 OPA 输出光为 2950 nm（0.42 eV）试图在非线性光学晶体中产生。结果，我们成功地产生了 2190 nm（0.57 eV）的差频光，但尚未达到 2950 nm（0.42 eV）的目标。另一方面，我们购买了 Bi2Se3 单晶，这是一种典型的拓扑绝缘体，并使用 OPA 输出光观察了块状样品在 1200-1600 nm 波长下的磁光效应，得到了信号。。此外，我们对已知在高压下表现出拓扑超导性的1T-TiSe2单晶的基波进行了飞秒光谱测量，并成功地观察到了室温下由电荷密度波引起的声子模式。此外，为了通过第一性原理计算获得有关样品的电子结构、非线性磁化率和介电常数张量的知识，我们向庆应义塾大学引进了高性能服务器，并通过实验计算了过渡金属二硫化物MoTe2的介电常数。我做到了。