レーザを用いたフォノン物性の研究

摘要

熱的フォノンの測定法であるブリュアン散乱の実験においては，従来ファブリペロー干渉計を用いる古典的分光が主流であったが，近年光ピート分光が登場し，物性研究手段としてのブリエアン散乱の意義が次第に拡張されつつある．帯域はまだ限定されるものの，電子分光によってスペクトルの周波数分解能は飛躍的に向上した．これによって，通常のフォノン分散測定のみならず液体や複雑流体中のいろいろな揺らぎモード（例えば局所的な流動場や分子配向自由度の揺動など）とフォノンモード（密度揺らぎによる断熱振動）との結合過程が見えはじめている．分子集合体としての流体の本質を，分子間相互作用というミクロな見地から論じることが可能となった．本論文では，まず音波を光学的に検出する基礎技術とその利点について解説する．また揺らぎによるフォノンとコヒーレントな波動である音波とを比較し，物理的意義を考察する．更に，光ビート分光の利点を生かした新しいフォノン物性研究をいくつか紹介する．それらは，プリュアン散乱の偏光解消成分に現れる特異なディップと分子配向緩和，マウンテン成分分光による分子内緩和の直接観測，熱的非平衡下におけるプリュアン成分の非対称性，熱フォノントラップ現象などである．最後に，半導体レーザを用いてコヒーレントフォノンを励起する技術について簡単に触れる．