テラヘルツ波を用いた強相関電子系の超高速スイッチング現象の開拓

使用太赫兹波在强相关电子系统中开发超快开关现象

基本信息

批准号：
13J06679
负责人：
宮本辰也
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

将来の情報化社会において、通信速度を上昇させることは必須であり、ピコ秒オーダーで光の強度や光路を変化させることができる超高速スイッチング現象の開拓が求められている。これまでは、光励起による超高速スイッチング現象の研究が行われてきた。しかし、光を制御パルスとして利用すると、実励起による温度上昇や結晶の損傷が生じる可能性がある。この問題を解消するため、より低エネルギーの電磁波であるテラヘルツ波を制御パルスとして利用することを考えた。前年度までに、一次元モット絶縁体である臭素架橋Ni錯体と電子型強誘電体である有機電荷移動錯体TTF-CAを対象としてテラヘルツ波ポンプ―光（第二高調波：SHG）プローブ分光を行い、テラヘルツ波励起による超高速の光制御と分極変調に成功した。今年度は、一次元モット絶縁体である有機電荷移動錯体ET-F2TCNQと水素結合型強誘電体であるクロコン酸を対象としてさらに研究を進めた。一次元モット絶縁体であるET-F2TCNQにおいて、テラヘルツ波による三次の非線形光学効果を利用した超高速光スイッチングに成功した。これは、温度上昇の効果などによる遅延応答のない、本当の意味での超高速スイッチング現象である。さらにこの物質では、通信波長である1.55μmの光を制御することが可能であり、実用的なものとなっている。次に、水素結合型強誘電体であるクロコン酸において、テラヘルツ波照射による高速の分極変調に成功した。テラヘルツ波によるSHG強度の変調の大きさは、TTF-CAの場合と比べて五倍ほど効率がよい。これは、π電子系とプロトンが強く結合して強誘電分極を発現するクロコン酸の特徴であると推測される。本研究は、強相関電子系の物質におけるテラヘルツ波応答を明らかにしたことに加え、テラヘルツ波励起による超高速の光制御・分極変調の有用性を実証した重要な成果であるといえる。

在未来的信息社会中，提高通信速度至关重要，需要开发能够以皮秒量级改变光的强度和光路的超高速开关现象。到目前为止，人们已经对使用光激发的超快开关现象进行了研究。然而，当使用光作为控制脉冲时，实际激发可能会导致温度升高并损坏晶体。为了解决这个问题，我们考虑使用太赫兹波（一种能量较低的电磁波）作为控制脉冲。到前一年，我们已经对溴桥镍配合物（一种一维莫特绝缘体）和有机电荷转移配合物 TTF-CA 进行了太赫兹波泵浦光学（二次谐波：SHG）探针光谱分析。是一种电子铁电材料，我们利用太赫兹波激发成功实现了超快光控制和偏振调制。今年，我们针对有机电荷转移络合物 ET-F2TCNQ（一种一维莫特绝缘体）和克罗康酸（一种氢键铁电材料）进行了进一步的研究。在一维莫特绝缘体ET-F2TCNQ中，我们利用太赫兹波的三阶非线性光学效应成功实现了超高速光开关。这是真正意义上的超快速开关现象，不会因温升等影响而导致响应延迟。此外，该材料可以控制1.55μm通信波长的光，使其具有实用性。接下来，我们成功地通过太赫兹波照射对氢键铁电材料克罗康酸进行高速偏振调制。太赫兹波的 SHG 强度调制幅度大约是 TTF-CA 的五倍。这被认为是克罗康酸的特征，由于π电子系统和质子之间的强键合，克罗康酸表现出铁电极化。除了阐明具有强相关电子系统的材料中的太赫兹波响应之外，这项研究也是展示使用太赫兹波激发的超快光学控制和偏振调制的有用性的重要成果。