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Jun 11, 2023

科学者が量子物質を深いレベルで調査

La spettroscopia di emissione Terahertz lo è

テラヘルツ発光分光法は、他のプローブには隠されたままの可能性がある、新しい材料系で発生する静的物理特性や超高速ダイナミクスを調査するための貴重な技術として浮上しています。 ジャーナル「Light: Science & Applications」の新しい記事で、ロスアラモス国立研究所の統合ナノテクノロジーセンターのHou-Tong Chen氏率いる科学者チームは、テラヘルツ発光分光法を使用して基礎的な事実を明らかにした最近の研究の一部をレビューしています。新しい材料の特性と複雑な動的挙動。 これらには、超伝導体や磁石などの量子材料だけでなく、グラフェンや金属ナノ構造などの低次元材料も含まれます。

「さまざまな非線形光学分光法が存在しますが、テラヘルツ放射を使用すると、他の技術では隠されたままになる材料の特性やダイナミクスを調べることができます」と、ロスアラモスの材料科学者で論文の共著者であるジェイコブ・ペッティン氏は述べた。 「したがって、この方法は新しい資料を調査するために非常に重要になっています。」

テラヘルツ放射分光法の中心概念は、壁からの交流を家庭用機器に電力を供給したり、バッテリーを充電したりする直流に変換するのに必要な整流と同様に、高周波光場を低周波電流に整流または変換することです。 。 あらゆる整流プロセスの根底にあるのは対称性の破れです。多くの場合、空間ミラー/反転対称ですが、磁気システムでは時間反転対称性の破れが鍵となります。

「最も基本的なレベルでは、テラヘルツ放射線の放射には、空間および/または時間における材料の何らかの方向性が必要です」と、同じくロスアラモス在住の共同筆頭著者であるニコラス・シリカ氏は述べた。 「したがって、テラヘルツ光が出れば、系の対称性についてすぐに何かがわかります。」

共同主著者のプラシャント・パドマナバン氏は、「異なる入射光の偏光、周波数、振幅に応じて放出されるテラヘルツ場を測定することで、材料の構造、電子的および磁気的特性、光と物質の相互作用について詳細な洞察を得ることができる」と付け加えた。

このレビューで検討されている補完的なテーマは、内因性（つまり原子格子）構造と外因性（人工/ナノスケール）構造の間の相互作用であり、人工構造は新しい対称性を導入し、テラヘルツ電流応答を強化することができます。テラヘルツ電流応答は、他の方法では弱かったり禁止されたりする可能性があります。固有/バルク材料。 これまでのところ、主に、新興量子材料の複雑なバルク特性、または比較的単純な金属、半金属、または半導体の低次元/ナノ構造形態で発生する可能性のある複雑な挙動のいずれかを探索することに重点が置かれてきました。 このレビューの取り組みの 1 つは、これらのアイデアが交差する機会に焦点を当てることです。

「この総説論文では、テラヘルツ放射を介してこれまで研究されてきた本質的なシステムと基本メカニズムの概要を提供することを目的としています」とChen氏は述べた。 「私たちはまた、人工的に構造化されたシステムにおけるそのような物質および光物質相互作用の対称性を設計する機会を強調しようとしています。」

固有、外部、およびハイブリッド材料構造間の相互作用は、既存の材料パラダイムを超えたエキゾチックな特性や現象の発見を刺激する可能性があると論文は述べています。

資金提供:ロスアラモス国立研究所の研究所主導型研究開発プログラム。 この研究の一部は、米国エネルギー省科学局のために運営されている科学局ユーザー施設である統合ナノテクノロジーセンターで行われました。

紙：対称性の破れた新興材料からの超高速テラヘルツ放射、光: 科学と応用。 ジェイコブ・ペティン、プラシャント・パドマナバン、ニコラス・シリカ、ロヒット・P・プラサンクマール、アントワネット・J・テイラー、ホウトン・チェン