<講義ノート>光のトポロジーを使った物性探索 (第59回物性若手夏の学校 : 講義)

Abstract

多様な物性を考える際に、対象となる系を単純化することは、その本質を見きわめる上で重要である。トポロジーは"つながり方"に着目することで、様々な物性探索に適用されてきた。それでは光と物質の相互作用を通して、トポロジー物性を探索することは可能だろうか。そもそも光におけるトポロジーとは一体何だろう。光渦やツウィスト光、ラゲールガウス光などの呼び名で知られる光波は、らせん状の波面 (等位相面) を持ち、閉曲線に沿った位相変化の積分はトポロジカルチャージ (軌道角運動量) を与える。このとき空間位相変化は、1) 強度暗点、2) 位相特異点、3) らせん状の位相勾配といった従来のレーザー分光に無い特徴を利用可能にする。本授業では、このようなトポロジカル光波の基礎事項について解説し、光波の持つつの特徴が光物性領域でどのように活用されているか紹介する。特にトポロジカルな性質を利用した時間分解分光における我々の取り組みについて詳しく解説しようと思う。トポロジカル光波を使った分光は、従来利用されてこなかった空間位相変化に着目する点で革新的である。授業を通して当該領域の新しさ、面白さを伝えられればと考えている。