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メインコンテンツにスキップ グローバルメニューにスキップ | フッターにスキップ メニューボタン 対象者別 ">入学希望の方">卒業生の方">地域・一般の方">企業・メディアの方">在学生">教職員 探す アクセス Language JP EN TOPニュース・イベント【研究発表】レーザー光と固体中の電子状態が共に創り上げる新たな対称性を発見 ～極端に強い光と物質の相互作用に関する理解が大きく進展～https://www.tmu.ac.jp/news/topics/26500.html 2020.08.12 【研究発表】レーザー光と固体中の電子状態が共に創り上げる新たな対称性を発見 ～極端に強い光と物質の相互作用に関する理解が大きく進展～ 報道発表 概要 　京都大学大学院理学研究科 永井恒平 (博士課程学生)、田中耕一郎 教授らの研究グループは、東京都立大学大学院理学研究科 宮田耕充 准教授らとの共同研究において、高強度レーザー光を固体に照射すると、光と固体中の電子状態が一体となった状態が形成され、新たな対称性である「動的対称性」が創出されることを実証しました。　レーザー光は物性を調べるための道具として科学の幅広い分野において認識され、物質との相互作用が長年研究されてきましたが、近年は物質の性質を大きく変えてしまうほど強いレーザー光を用いた物性研究が注目を集めています。強いレーザー光は光と物質が一体となった状態を作り出すことが期待されることから、それを用いて新たな機能を創出しようとする物質制御法が模索されています。この制御において重要なキーワードが「対称性」です。その中でも「動的対称性」と呼ばれる新たな概念がレーザー光によって作られた状態を一般的に記述できることが近年理論的に提案されていましたが、固体における実験的検証はほとんどありませんでした。　本研究グループは、赤外域の高強度レーザー光を物質に照射し、その状態における対称性を光散乱過程の系統的な研究により検証しました。光散乱における入射光と散乱光の偏光の関係が動的対称性を用いた理論によって包括的に説明できることから、高強度レーザー光が照射されている固体では、光と電子状態が一体となった動的対称性が実現されている状態が確かに形成されていることを明らかにしました。この成果は、高強度レーザー光による「動的対称性」を用いた量子情報処理や、光散乱過程を用いた光源開発、光通信技術などへの展開が期待されます。　本成果は、2020年８月11日に英国の国際学術誌「Communications Physics」にオンライン掲載されます。 本研究のイメージ １．背景 　強いレーザー光が固体中の電子と相互作用すると物質のエネルギー状態は大きく変更をうけます。レーザー光が時間周期的に振動する電場をもつことに起因して、強いレーザー光と電子系が相互作用した系はそれらが一体となった状態である「フロケ状態」という新たな状態を形成することが期待されています。このとき、レーザー光のもつ周期電場の形を自由自在に変えてやることで物性をコントロールする試みが理論的に提案されており、「フロケエンジニアリング」と呼ばれています。　しかし、フロケ状態は理論的に提案された概念であり、実験的な検証が乏しいのが現状です。固体においては赤外域の高強度光を用いてフロケ状態を実現したという報告がありますが、エネルギー準位の分裂に着目したものがほとんどです。理論的には、「動的対称性」と呼ばれるフロケ状態に特有のクラスが対称性を一般的に記述できると指摘されていました。しかし、固体においてフロケ状態の「動的対称性」を検証した実験的研究はありませんでした。 ２．研究手法・成果 　本研究では、光散乱過程を用いることでフロケ状態の動的対称性を検証できるというアイディアを提案し、それを実験で実証しました。図1 aは光散乱実験の模式図および典型的な散乱光のスペクトルです。まずフロケ状態を作るために赤外域の高強度レーザー光（MIR）を固体に照射し、固体中の電子を光の持つ電場によって駆動します。さらに光散乱過程を起こすために、近赤外域の弱いレーザー光を同時に照射しました。こうすることで、弱いレーザー光の周波数周りにサイドバンドと呼ばれる散乱光がMIRの周波数間隔で現れます。これはフロケ状態が実際に生成されていることを表しています。また、実験的に電子系の微視的な対称性を観測するためには、伝搬効果と呼ばれる固体の巨視的な形状によって引き起こされる効果を取り除く必要がありました。本研究グループは原子層１層しかない2次元の半導体である単層の二硫化モリブデンを実験対象として選ぶことで、その困難を克服しました。　図1 bに示したように、入射光の偏光を直線偏光（X, Y）や円偏光（σ+, σ− ）に制御し、散乱光のスペクトルを偏光ごとに分解して固体の結晶軸との相関を丁寧に観測すると、入射光と散乱光の間に偏光の関係、すなわち偏光選択則が存在することがわかりました。図1 c-fはMIRと近赤外光の偏光状態の組み合わせを4通り変えた際に観測された散乱光の円偏光分解スペクトルです。入射光の偏光状態に応じてσ+(赤), σ−(青)円偏光の光が各周波数において選択的に現れていることがわかります。また入射光を直線偏光に定め、散乱光を直線偏光に分解することによって直線偏光に対する偏光選択則も系統的に明らかにしました。 図１　光駆動された固体の対称性によって異なった偏光で散乱光が現れる様子。 　本研究グループは、これらの偏光選択則が、「動的対称性」を仮定するとフロケ状態からのラマン散乱によって理解できることを明らかにしました。ラマン散乱は固体の格子振動や分子振動のモードの同定に一般的に利用されている現象です。通常のラマン散乱では物質の対称性にしたがって、入射光と散乱光の偏光関係が記述されます。本研究においては、フロケ状態の動的対称性が入射光と散乱光の偏光関係を包括的に記述できることを明らかにしました。この理論から得られた結果が実験と完全に一致したことから、固体のフロケ状態において動的対称性の系統的な立証に成功しました。 ３．波及効果、今後の予定 　固体におけるフロケ状態の基本的な性質である対称性についての初めての系統的な実験的検証を行ったことから、フロケエンジニアリングのアイデアを用いた量子情報技術への理解が進むことが期待されます。また、光散乱過程の基礎的な性質である選択則の一般的理解を与えたことから、今後この過程を利用した広帯域は光源や高速な光通信技術の開発にもつながることが期待されます。本成果は、近年研究が進む高強度光下での複雑な光学現象を理解するための重要な指針となることが期待され、新しい光科学技術の発展が期待されます。 ４．研究プロジェクトについて 　本成果は以下のプロジェクトによる支援を受けて行われました。 日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究(S)「テラヘルツ高強度場物理を基盤とした非線形フォトエレクトロニクスの新展開」（田中耕一郎、17H06124） 日本学術振興会科学研究費補助金・特別研究員奨励費「磁性体における高強度光を用いたスピン制御法の開拓」(永井恒平、JP20J14428) 日本学術振興会科学研究費補助金・若手研究「金属相および相転移点近傍における高次高調波を用いた非平衡電子状態の研究」（内田健人、19K14632） 日本学術振興会科学研究費補助金・特別研究員奨励費「テラヘルツ光を用いた単層２次元半導体におけるバレー分極の制御」（吉川尚孝、16J10537） 科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業CREST「原子層ヘテロ構造の完全制御成長と超低消費電力・３次元集積デバイスの創出」（宮田 耕充、JPMJCR16F3) 日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究(B)「一次元ヘテロエピタキシーによる原子細線の創成」(宮田 耕充、JP18H01832) ＜論文タイトルと著者＞ タイトル：Dynamical symmetry of strongly light-driven electronic system in crystalline solids（結晶固体における強く光駆動された電子系の動的対称性）著　　者：K. Nagai, K. Uchida, N. Yoshikawa, T. Endo, Y. Miyata, and K. Tanaka掲 載 誌：Communications PhysicsDOI：10.1038/s42005-020-00399-x 報道発表資料(1.1MB) 元のページに戻る 最新のニュース 2024.05.29 お知らせ 【重要】2024年度前期　一般学生　授業料減免申請 追加申請受付について 2024.05.24 お知らせ 【研究発表】一度の激しい運動がその後の身体活動量と体温を下げ体重を増やしてしまう 2024.05.17 お知らせ 【研究発表】溶液と固体の状態で円偏光を発光するキラルな亜鉛錯体の開発に成功－溶液と個体とで円偏光の回転方向が反転　新たな発光デバイスへの応用に期待－ 2024.05.16 お知らせ 【研究発表】過去77年間の小笠原諸島の植生変化を解明 －過去の人為的攪乱の履歴が、生態系の復元可能性に影響－ 2024.05.13 お知らせ 【研究発表】電気を流し、室温強磁性を示す希土類酸化物を発見－スピントロニクス材料としての応用に期待－ Page top 大学について学部・大学院教育の特長研究・産学公連携国際展開・留学学生生活・キャリア入試案内キャンパス・施設案内ニュース・イベントHOT TOPICS教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生教職員 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 ©2024 Tokyo Metropolitan Public University Corporation Follow Us都立大X都立大Channel Open/Close大学についてOpen/Close大学の目的・使命学長メッセージ学長メッセージ ＜メディア＞TMU Vision 2030Open/Close大学概要沿革組織図センター・機構学生数教職員数学則・規則施設概要設置認可申請書等東京都立大学の評価活動について数字で見る東京都立大学動画で見る東京都立大学シンボルマーク大学の校歌Open/Close教育情報の公表大学の教育研究上の目的・３ポリシー教育の3つのポリシー（学部）教育の3つのポリシー（大学院）教育研究上の基本組織アセスメント・ポリシー大学院（専門職大学院を除く）の学位論文審査基準授業に関すること成績評価基準、卒業・修了認定基準等メディア掲載Open/Close学部・大学院人文社会学部法学部経済経営学部理学部都市環境学部システムデザイン学部健康福祉学部Open/Close大学院 研究科・専攻一覧人文科学研究科法学政治学研究科経営学研究科理学研究科都市環境科学研究科システムデザイン研究科人間健康科学研究科大学院分野横断プログラム再編前の学部・大学院Open/Close教育の特長Open/Close革新的なカリキュラム基礎科目群教養科目群基盤科目群キャリア教育・インターンシッププログラム文理の枠を超えた履修推奨科目副専攻グローバル教育教職課程・学芸員養成課程文理教養プログラム学びのスタイル副専攻教職課程・学芸員養成課程教育基盤強化事業Open/Close教育改革推進事業首都大学東京 教育改革推進事業 FD活動都立大の教学IR ~Institutional Research~ベスト・ティーチング・アワードOpen/Close研究・産学公連携Open/Close研究センター、リサーチコア宇宙理学研究センター生命情報研究センター水道システム研究センター子ども・若者貧困研究センターソーシャルビッグデータ研究センター金融工学研究センター水素エネルギー社会構築推進研究センター医工連携研究センター量子物質理工学研究センターエネルギーインテグリティーシステム研究センター島嶼火山・都市災害研究センターコミュニティ･セントリック･システム研究センター言語の脳遺伝学リサーチコアサービスロボットインキュベーションハブリサーチコア（略称：serBOTinQ)高度研究東京都立大学 若手研究者等選抜型研究支援特別栄誉教授等制度・特別招聘教授制度共同研究・受託研究・学術相談・特定研究寄附金知的財産大学等発ベンチャー支援産学公連携スペース TMU Innovation Hub研究力強化推進プロジェクトローカル5G環境を活用した最先端研究都立大の先端研究に迫る傾斜的研究費一覧Open/Closeコンプライアンス・内部統制研究費の不正使用防止に対する取組（相談窓口・通報窓口の案内はこちら）研究活動の不正行為等防止に対する取組（通報窓口の案内はこちら）研究倫理利益相反マネージメント安全保障輸出管理Open/Close国際展開・留学多彩な留学制度／留学プログラムグローバル人材育成についてGlobal Discussion Camp（GDC）国連アカデミック・インパクト外国人留学生支援Open/Close国際交流協定協定校一覧（全学）(250KB)協定校一覧（部局間）(346KB)国際化基本方針国際化推進体制理学部生命科学科　英語課程 英語で学位が取得できるプログラムPickup！都立大の国際化 「東京都立大学ならではの体験ができる交換留学制度――異文化を肌で感じた記憶はその後の人生を変える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事Open/Close学生生活・キャリアOpen/Close学修サポート学生の修学支援主体的学修支援セミナーTA（ティーチングアシスタント）等Open/Close学生サポート学生相談室保健室ダイバーシティ推進室ボランティアセンター保険の加入学生課Open/Close施設の利用図書館連絡バス美術館の無料入場等学生寮などOpen/Closeキャンパスライフ学生広報チームpresents動画クラブ＆サークルFIND YOURSELF AT TMU(2.2MB)都立大生の1日VLOG！理系・文系の学生比べてみたBy朝日新聞YouTubeチャンネル【土佐兄弟の大学ドコイク】Open/Closeキャリア・就職キャリア支援・各種サポートキャリア支援課大学院進学Pickup！キャリア支援 「1年次から履修可能な現場体験型のキャリア授業で、未来の自分を考える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事学費・減免制度・奨学金制度等Open/Close入試案内Open/Close学部入試アドミッション・ポリシー学部入試概要【2024年5月24日更新】外部英語検定試験の利用について（2025年度以降一般選抜）インターネット出願入学者選抜要項・学生募集要項入試Q&A一般選抜の入試結果【2024年5月27日更新】(133KB)多様な選抜の入試結果【2024年4月26日更新】(146KB)募集人員【2023年7月7日更新】(313KB)オープンキャンパス・説明会資料請求・お問い合わせ入学考査料・入学料・授業料Open/Close学部入試制度改正2024年度2025年度2026年度Open/Close大学院入試大学院のシステムアドミッションポリシー大学院入試概要大学院学生募集要項大学院進学後の進路状況入学考査料・入学料・授業料資料請求・お問い合わせ大学案内・大学院案内Open/Closeキャンパス・施設案内キャンパスマップCampus Gallery図書館光の塔牧野標本館交通アクセスエコキャンパス・グリーンキャンパス電力使用状況イベントカレンダー教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 JP EN Follow Us都立大X都立大Channel