光制御された非平衡固体系における光誘起相の非線形時空間ダイナミクス

光控非平衡固体系统中光致相的非线性时空动力学

基本信息

批准号：
10J56382
负责人：
西原大志
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J56382/
关键词：
光誘起相転移スピンクロスオーバー錯体

项目摘要

本研究の目的は、光誘起相転移を示す物質において、照射光を積極的に制御し、これまで固体中ではほとんど現れなかった非線形開放系特有の散逸構造を発現させることである。この研究では励起光の精密制御が重要であるため、音響光学素子と自作の負帰還回路を用いたレーザーの制御系を構築した。この系と仏LCCのBousseksou教授から頂いたスピンクロスオーバー錯体[Fe(ptz)_6](BF_4)_2を用いて、光誘起相起因の散逸構造の探索を行った。本年度は強度が時間・空間的に一定の照射光を用い、光誘起相の時空間ダイナミクスを顕微系で追った。これまで光誘起相のドメインの大きさは100nm程度以下と示唆されており、光誘起相の時空間ダイナミクスを実空間で追うことは困難であった。しかし、試料の表面の凹凸に非常に敏感なスペックル法を用いることで、光誘起相の「揺らぎ」を測定することに成功した。この結果、光誘起相の生成と熱緩和が競合している領域では、この揺らぎはランダムではなく、数秒程度の時間周期をもった「リズム型」の散逸構造を示すことがわかった。この時、吸収測定から見積もった光誘起相の全体に占める割合は定常状態に達していることから、光誘起相が量を保存しながら空間的に動いていることが示唆された。また時間周期は温度と相関関係にあることがわかった。このリズム現象は平均場を用いたこれまでの方程式からは導かれないため、新たな現象論的なモデルを構築した。散逸構造では「拡散」が重要な役割を果たすため、これまで気体・液体系で多く報告されてきた。しかし本研究の様に固体中でも光誘起相や励起状態の「ドメイン」は拡散可能であるため、それら起因の散逸構造が発現できる可能性はある。本研究は散逸構造の研究の対象を多様化させる可能性があるという点で、意義があると考えられる。また非平衡開放系の物理は未解明な部分が多く、その理解への一助となるとも考えている。

这项研究的目的是主动控制表现出光致相变的材料中的照射光，并开发非线性开放系统特有的耗散结构，这种结构在固体中很少出现。由于激发光的精确控制在本研究中很重要，我们利用声光器件和自制的负反馈电路构建了激光控制系统。利用该系统和法国LCC的Bousseksou教授给我们的自旋交叉络合物[Fe(ptz)_6](BF_4)_2，我们寻找光致相引起的耗散结构。今年，我们使用强度在时间和空间上恒定的照射光，并使用显微系统跟踪光诱导相的时空动态。迄今为止，人们认为光致相的域尺寸约为100 nm或更小，并且很难跟踪真实空间中光致相的时空动力学。然而，通过使用对样品表面的不规则性极其敏感的散斑法，他们成功地测量了光致相位的“波动”。结果表明，在光致相形成和热弛豫竞争的区域中，波动不是随机的，而是呈现出时间周期为几秒的“有节奏”的耗散结构。此时，光致相在吸收测量估计的总相中所占的比例达到稳定状态，这表明光致相在空间上移动，同时保持其数量。还发现时间段与温度相关。由于这种节奏现象无法从使用平均场的传统方程中导出，因此我们构建了一个新的唯象模型。由于“扩散”在耗散结构中起着重要作用，因此它在气体和液体系统中已被广泛报道。然而，正如在这项研究中一样，光致相和激发态“域”甚至可以在固体中扩散，因此有可能出现由这些引起的耗散结构。这项研究被认为具有重要意义，因为它有可能使耗散结构的研究主题多样化。此外，非平衡开放系统的物理学还有很多方面尚不清楚，我们相信这将有助于我们理解这一点。