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金属における光励起電子及びコヒーレントフォノンのフェムト秒超高速分光

Research Project

Project/Area Number 15740188
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

長谷 宗明  独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (40354211)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
Keywordsフェムト秒 / コヒーレントフォノン / 電子 / 金属 / 時間分解反射率変化 / 反射率変化 / ポンプープローブ法
Research Abstract

本研究では、金属結晶をフェムト秒(fs)パルスレーザーで光励起し、電子励起状態の緩和及び、コヒーレント光学フォノンの緩和を反射型ポンプープローブ分光法によって測定し、特に未解決の時間領域である1ピコ秒(ps)以下の電子-電子散乱と電子-格子散乱の実時間ダイナミクスを明らかにすることを目指した。本年度は、ポンプープローブ法により得られた7K-300Kの温度での金属単結晶Znの光励起電子及びコヒーレント光学フォノンによる時間分解反射率変化を、Two Temperature Model (TTM)を用いてさらに詳細に解析した。時間分解反射率変化は、パルスの自己相関関数で近似できる幅で立ち上がり、その後数100fsで緩和しており、それと同時に、Znでは周波数約2.3THz(時間周期=約440fs)のコヒーレント光学フォノンが観測された。この数100fsの緩和は、励起電子の電子-格子散乱によるエネルギー緩和であると考えられる。この反射率変化を、減衰振動(コヒーレントフォノン)と、TTMから導かれる光励起電子温度の時間変化(指数関数的な減衰)との線形結合の関数を用いてフィットしたところ、様々な温度における電子-格子散乱による励起電子の緩和時間が求められた。それらを温度の関数としてプロットしたところ、温度の上昇と共に単調に増加することが分かった。この結果は、これまで貴金属(AuやCuなど)などで得られている結果と類似のものである。さて、TTMから導かれる電子-格子散乱による電子の緩和時間は、温度に対して低温では発散し高温では温度の一次関数になる事が分かっているが、Znにおいて得られた温度依存性は、50K以下ではTTMからずれている。このずれは、低温では、「電子-電子散乱時間が電子-格子散乱時間よりも十分短い」というTTMにおける近似が当てはまらなくなる為であると考えられる。また、コヒーレント光学フォノンの減衰時間については、温度の上昇と共に減少することが分かり、これは非調和項による音響フォノンへのエネルギー緩和であると考えられる。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2004 Other

All Journal Article (6 results) Publications (7 results)

  • [Journal Article] Hase et al. Reply2004

    • Author(s)
      M.Hase, M.Kitajima, S.Nakashima, K.Mizoguchi
    • Journal Title

      Physical Review Letters 93(10)

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  • [Journal Article] Observation of Amplitude Collapse and Revival for Chirped Coherent Phonons in Bismuth2004

    • Author(s)
      O.V.Misochko, M.Hase, K.Ishioka, M.Kitajima
    • Journal Title

      PhysicaI Review Letters 92(19)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] On the nature of coherent phonons generated by ultrashort laser pulses in single-crystal antimony2004

    • Author(s)
      O.V.Misochko, M.Hase, M.Kitajima
    • Journal Title

      Physics Letters A 321

      Pages: 381-387

    • Related Report
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  • [Journal Article] Spectrally filtered time domain study of coherent phonons in semimetals2004

    • Author(s)
      O.V.Misochko, M.Hase, M.Kitajima
    • Journal Title

      Journal of Physics : Condensed Matters 16

      Pages: 1879-1886

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] シリコンにおけるファノ干渉の実時間観測2004

    • Author(s)
      北島正弘, 長谷宗明, Hrvoje Petek
    • Journal Title

      日本物理学会誌(最近の研究から) 59(12)

      Pages: 888-892

    • NAID

      110002078728

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Ultrafast dynamics of coherent optical phonons and nonequilibrium electrons in transition metals

    • Author(s)
      M.Hase, K.Ishioka, J.Demsar, K.Ushida, M.Kitajima
    • Journal Title

      Physical Review B (発表予定)

    • NAID

      120007138227

    • Related Report
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  • [Publications] M.Hase, M.Kitajima, A.M.Constantinescu, H.Petek: "The birth of quasiparticles in Si observed in time-frequency space"Nature. 426. 51-54 (2003)

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  • [Publications] M.Hase, M.Kitajima, S.Nakashima, K.Mizoguchi: "Forcibly driven coherent soft phonons in GeTe with intense THz-rate pump fields"Appl.Phys.Lett.. 83・24. 4921-4923 (2003)

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  • [Publications] O.V.Misochko, M.Hase, M.Kitajima: "Phonon autoecho in Bismuth and Antimony single crystals"JETP Letters. 78・2. 75-79 (2003)

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  • [Publications] N.Fukata, Y.Yamamoto, K.Murakami, M.Hase, M.Kitajima: "In situ spectroscopic measurement of structural change in SiO2 during femtosecond laser irradiation"Appl.Phys.Lett.. 83・17. 3495-3497 (2003)

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  • [Publications] K.Mizoguchi, M.Hase: "Coherent phonons in semimetals and semiconductor superlattices"Recent Research Developments in Chemical Physics. 3. 439-484 (2003)

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  • [Publications] N.Fukata, Y.Yamamoto, K.Murakami, M.Hase, M.Kitajima: "In situ spectroscopic measurement of defect formation in SiO2 induced by femtosecond laser irradiation"Physica B. 340-342. 986-989 (2003)

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  • [Publications] 溝口 幸司, 長谷 宗明, 谷 正彦: "超高速光エレクトロニクス技術ハンドブック(第7章4節)"サイペック(株). 618 (2003)

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Published: 2003-04-01   Modified: 2020-05-15  

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