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有機強誘電体からの高効率テラヘルツ波発生による強誘電ドメインの可視化とその光制御

Research Project

Project/Area Number 13J03372
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

五月女 真人  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords非線形光学 / テラヘルツ波 / 強誘電体 / 分子性結晶 / 強誘電ドメイン / フェムト秒レーザー / 光整流効果 / テラヘルツ / 有機分子性結晶 / ラマン散乱 / フォノン / 非線形伝導
Outline of Annual Research Achievements

水素結合型有機強誘電体は、分子構造のみならず水素結合の次元性やその積層構造も様々であり、それらがTHz波の発生機構にも関与している可能性がある。本研究では、メチルベンゾイミダゾール (MBI)において、THz波発生を探索し、Ramanかつ赤外活性なフォノンに共鳴した周波数の狭帯域THz波が発生することを昨年度までに見出してきた。これは、THz波発生メカニズムが瞬間誘導Raman散乱過程(ISRS)であることを示唆する。さらに本年度は、本研究の過程で光整流効果によるTHz波発生が観測されたクロコン酸と同じ結晶対称性 (点群mm2)をもつ水素結合型有機強誘電体5,6-ジクロロ-2-メチルベンゾイミダゾール (DCMBI)におけるTHz波発生を探索し、発生機構を調べた。その結果、光整流効果によるシングルパルスに続いて周期1.0psのRaman,赤外活性なフォノンに共鳴した振動構造が観測され、ISRSを介したTHz波の発生が強く示唆された。
ISRSが顕在化した理由は、(1)分子性結晶に特有の分子間モードがTHz帯に存在する、(2)水素結合のHを中間に置く擬似的高対称相を持つこと、が挙げられる。ISRSメカニズムでの発生効率はモードの赤外モーメントやRamanテンソル値に比例するが、赤外活性が強すぎると結晶内で発生したTHz波は再吸収され、結晶外への放射効率は悪くなる。この点、水素結合型有機強誘電体は水素結合のHを中間に置く擬似的高対称相を持つため、赤外活性が弱くISRSによるTHz波発生が顕在化しやすい条件を満たしている可能性が高い。
さらに、本研究ではフェムト秒レーザー照射によるテラヘルツ電磁波における光整流効果と瞬間誘導Raman 散乱過程を定式化した。さらに、THz波の発生・伝播・検出すべてを考慮し電場波形をシミュレーションする技術を構築した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2016 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (6 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Terahertz radiation imaging of ferroelectric domain topography in room-temperature hydrogen-bonded supramolecular ferroelectrics2015

    • Author(s)
      M. Sotome, N. Kida, S. Horiuchi, and H. Okamoto
    • Journal Title

      ACS Photonics

      Volume: 2 Issue: 9 Pages: 1373-1383

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.5b00351

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Terahertz radiation induced by coherent phonon generation via impulsive stimulated Raman scattering in paratellurite2014

    • Author(s)
      M. Sotome, N. Kida, R. Takeda, and H. Okamoto
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 90 Issue: 3 Pages: 033842-033842

    • DOI

      10.1103/physreva.90.033842

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Visualization of ferroelectric domains in a hydrogen-bonded molecular crystal using emission of terahertz radiation2014

    • Author(s)
      M. Sotome, N. Kida, S. Horiuchi, and H. Okamoto
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 105 Issue: 4 Pages: 041101-041101

    • DOI

      10.1063/1.4890939

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] テラヘルツ放射イメージング法を用いたα-(BEDT-TTF)2I3の非線形伝導パスの可視化2016

    • Author(s)
      五月女真人, 貴田徳明, 山川大路, 宮本辰也, 木下雄斗, 森初果, 岡本博
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 瞬間誘導ラマン散乱過程を介した水素結合型有機強誘電体からの狭帯域テラヘルツ電磁波発生2015

    • Author(s)
      五月女真人, 舘野瑞樹, 秦大樹, 宮本辰也, 矢田祐之, 貴田徳明, 堀内佐智雄, 岡本博
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] イミダゾール系水素結合型有機強誘電体からの非線形光学効果を介したテラヘルツ電磁波発生2014

    • Author(s)
      五月女真人, 管文広, 秦大樹, 貴田徳明, 堀内佐智雄, 岡本博
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      中部大学(愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] THz放射イメージング法を用いたα-(BEDT-TTF)_2I_3の非線形伝導下における強誘電ドメインの可視化2014

    • Author(s)
      五月女 真人
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2014-03-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Visualization of ferroelectric domains in organic ferroelectrics using emission of terahertz waves2014

    • Author(s)
      五月女 真人
    • Organizer
      Gordon Research Conferences
    • Place of Presentation
      Ventura, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電荷秩序系有機強誘電体からのTHz波発生と強誘電ドメインの可視化2013

    • Author(s)
      五月女 真人
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島県)
    • Year and Date
      2013-09-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究内容

    • URL

      http://pete.k.u-tokyo.ac.jp/research.html

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 岡本貴田研究室 研究内容

    • URL

      http://pete.k.u-tokyo.ac.jp/research.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 岡本・貴田研究室ホームページ

    • URL

      http://pete.k.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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