特注レーザ場で透明結晶の特性を解明

August, 2, 2021, Göttingen--University of Göttingenの研究チームは､表面磁性を研究している｡

ゲッティンゲン大学の研究者によると､物質の表面は､物質内の特性と非常に異なる特性を持つことかよくある｡例えば､非伝導性結晶は､実際には磁性を示さないが､そこでの原子配列により､その表面に限って磁性を示す｡物質の界面と表面におけるこれらの明確な特性は､新しい機能コンポーネントの開発で重要な役割を担うことがよくある｡例えば､オプトエレクトロニックチップ､センサ｡したがって､幅広く研究されている｡
　ゲッティンゲン大学､マックスプランク生体物理化学ゲッティンゲン(Max Planck Institute for Biophysical Chemistry Göttingen)､国立研究､カナダ国立研究機構(National Research Council Canada)の国際研究チームは今回､強力なレーザ放射を使い透明結晶の表面を調べることに成功した｡研究成果は､Nature Communicationsに発表された｡

研究チームによると､その方法は純粋に光依存により､表面の電気的､磁気的特性を判定する｡その新しい方法は､透明､非伝導性物質の研究で重要な役割を果たす｡電子を利用する確立された方法は､実験的制約を示すことがよくあるからである｡これは､中でも､低伝導性によるものである｡光の利用は､これらの限界を回避するのに役立つ｡光線が材料表面､例えばガラス板に当たると､光線はその表面で反射､屈折され､その材料に吸収される｡これらの効果は､日常生活で観察できるものであり､弱いライトフィールドと照射された材料の原子および電子との相互作用の結果である｡レーザで達成されるもっと強いライトフィールドの場合､さらなる効果､例えば高い光周波数を生成する､これは高次高調波照射として知られている｡これらの効果は､物質の原子配列に対するライトフィールドの振動方向に依存することがよくある｡

｢透明材料の表面､表面付近の特性を調べるために､高調波照射生成の際に､われわれはこの依存性を活用する｣と論文の筆頭著者､ゲッティンゲン大学物理学部､Ph.D学生､Tobias Heinrichは説明している｡｢われわれが使うライトフィールドは､2つの異なる周波数で､反対方向へ回転する2つのレーザパルスで構成｡これがクローバの葉形状の対称フィールドとなる｣｡これら特注ライトフィールドは､高調波発生を制御するために､材料の原子配列に適用可能である｡

｢この制御を利用して､酸化マグネシウム表面で磁化を調べた｣と研究リーダー､Dr Murat Sivisは説明している｡ライトフィールドの回転方向､つまり対掌性に依存して､生成されたUV光が様々な角度で表面で吸収される｡｢実際に磁化あるいは電気伝導性を示さない様々な材料にとって､表面のこれらの特性は理論的に予測されていた｡われわれの研究で､光学的方法だけを使って､恐らく非常に短いタイムスケールで､そのような現象を調べることが可能であることが示された｣とSivisはコメントしている｡研究チームは､他のキラル材料の電子特性も新たに洞察されると考えている｡研究が､水晶のラセン結晶構造の利用を示しているからである｡表面のキラル現象に対する感度は､革新的な機能材料の研究に新たな機会を開く可能性がある｡