超短パルスレーザー制御による変位型相変態

超短脉冲激光控制的位移型相变

基本信息

批准号：
10136224
负责人：
平尾一之
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

セラミックス材料に新しい機能を発現させる手法について従来研究を行ってきたが、特に、100フェムト秒(10^<-13>秒)という非常に短いパルス幅をもつ超高速レーザーを用いての相転移誘起による機能発現に今回は重点を置いた。超高速レーザーは通常のレーザーが持つ、指向性、空間的、時間的コヒーレンス(位相がそろっていること)といった特徴に加えて、スペクトル幅が広いこと、電場強度が強い等の特色がある。また、エネルギー増幅システムの技術も確立されており、パルス幅100フェムト秒、パルスエネルギー1ミリジュールぐらいのパルス光は商用ベースのレーザーシステムで既に安定に得られている。このパルス光の電場強度は10ギガワットに相当しており、レンズを用いて100ミクロンぐらいまで集光すると1平方センチメートルあたり100テラワット(10^<10>V/mに相当)の電場を物質に与えることができる。超高速パルスレーザーによる誘導ラマン過程によって生成されたフォノンは、位相が揃っているために「コヒーレントフォノン」と呼ばれる。この特徴を生かして、新しい分光法として基礎研究に応用したり、マク口な領域に構造変化や化学変化を誘起する試みが行われている。本研究においては、典型的な強誘電体であるチタン酸バリウムにおいてコヒーレントフォノン生成の実験を行った。この系では相転移点近傍で相転移に関与するフォノン(ソフトモード)を生成することによって、局所的に相転移を誘起することができた。これにより、各点各点にある向きの強誘電相(分域)を記録することが可能となり、磁気によらない、いわば「強誘電メモリ」への道が開けることになった。

之前的研究主要针对开发陶瓷材料新功能的方法，特别是使用具有 100 飞秒（10^<-13> 秒）极短脉冲宽度的超快激光进行相变诱导。函数的表达式为超快激光器具有普通激光器的特性，如方向性、空间和时间相干性（对准相位），以及宽谱宽和强电场强度等其他特性。此外，能量放大系统的技术已经建立，利用商用激光系统已经可以稳定地获得脉冲宽度为100飞秒、脉冲能量约为1毫焦耳的脉冲光。这种脉冲光的电场强度相当于10吉瓦，如果用透镜聚焦到100微米左右，就会向物体传递100太瓦（相当于10^10V/m）的电场。每1平方厘米的材料都可以做到。使用超快脉冲激光的受激拉曼过程产生的声子被称为“相干声子”，因为它们是同相的。利用这一特性，人们正在尝试将其作为一种新的光谱方法应用于基础研究，并诱导敏感区域的结构和化学变化。在这项研究中，我们在钛酸钡（一种典型的铁电材料）中进行了相干声子产生实验。在这个系统中，我们能够通过生成参与相变点附近相变的声子（软模式）来局部诱导相变。这使得在每个点记录特定方向的铁电相（磁畴）成为可能，为不依赖磁性的所谓“铁电存储器”铺平了道路。