超短時間領域における電子・フォノン間結合の研究

• Project/Area Number: 18340093
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 北島 正弘 物質・材料研 (00343830)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石岡 邦江 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノ計測センター, 主幹研究員 (30343883) ; 長谷 宗明 国立大学法人筑波大学, 数理物質科学研究科, 助教授 (40354211)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥14,080,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2008: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2007: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2006: ¥8,100,000 (Direct Cost: ¥8,100,000)
• Keywords: 光励起 / 光学フォノン / 電子・格子相互作用 / 超高速ダイナミクス / 時間領域 / 電子・格子結合

Research Abstract

1)GaAsについては、電子格子間相互作用の詳細を明らかにするため、高蜜度光励起(キャリア密度n_<exc>〜10^<19>-10^<20>cm^<-3>)によるコヒーレントフォノン振幅と周波数の詳しく調べた。振幅は励起パワーに対し準線形的増加を示した。これは励起キャリアによる格子イオンへの遮蔽効果が強いことを表す。また時間窓型フーリエ変換解析により、特異なフォノン周波数の時間変動(フォノンチャープ)を示すことが明らかとされた。すなわち、1.5fs付近で観測された周波数極大がある励起パワーを境に極小に変転することが明らかとなった。
2)同じく直接遷移型で大きなバンドギャップ(3.45eV)をもつ半導体GaNについてもコヒーレントフォノンの実験を行った。特に、熱電子の影響を調べるため不純物のドーピング効果を、また励起電子の影響を調べるため励起光強度依存性について詳細に調べた。其の結果、観測されたA1(LO)フォノンでは、不純物の添加によりその振幅と緩和速度は増加するが、E2フォノンではこれはほとんど影響を受けなかった。これに反し、Al(LO)の周波数と緩和速度の励起密度依存性はほとんど認められなかった。これはコヒーレントフォノン生成への実励起キャリアの影響が弱いことを表している。さらに多層薄膜GaNの実験にも着手した。
3)炭素系物質については炭層カーボンナノチューブ(CNT)の超高速測定を行った。時間分解反射率測定には動径方向の伸縮に対応する低周波数成分(RBM)および炭素面内のC-C結合の伸縮に対応する高周波数成分(Gモード)のコヒーレントフォノンを検出することに成功した。現在、励起光・検出光の偏光依存性や時間分解フーリエ解析について詳細な解析を進めている。

Research Products

• [Journal Article] Ultrafast electron-phonon decoupling in graphite (2008)
  • Author(s): K. Ishioka, M. Hase, M. Kitajima, L. Writz, A. Rubio, H. Petek
  • Journal Title: Phys.Rev.B 77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coherent Control of the Lattice Dynamics of Bismuth near the Lindemane Stability Limit (2007)
  • Author(s): O.V. Misochko, R. Lu, M. Hase, M. Kitajima
  • Journal Title: J.Experimental and Theoretical Physics 104 Pages: 245-253
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fano interference for large-amphtude coherent phonons in bismuth (2007)
  • Author(s): O.V. Misochko, K. Ishioka, M. Hase, M. Kitajima
  • Journal Title: J.Phys, :Condens.Matter 19 Pages: 245-253
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast critical dynamics of a fenoelectric phase transition in Pb_<1-x>Ge_xTe (2007)
  • Author(s): R. Lu, M. Hase, M. Kitajima, S. Nakashima, S. Sugai
  • Journal Title: Phys.Rev.B 75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Power-and Polarization-Dependences of Coherent Phonons of Tertrahedrally Bonded Semiconductors (2006)
  • Author(s): K.Ishioka, M.Kitajima, K.Ushida
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Japan Vol.75 No.8 Pages: 84704-84707
• [Journal Article] Amplitude Saturation of Coherent Phonon Excited by Field Screening in CdTe (2006)
  • Author(s): K.Ishioka, M.Kitajima, J.Irisawa, Y.Hironaka, K.Ushida, K.Nakamura
  • Journal Title: J. J. A. P Vol.45 No.12 Pages: 9111-9114
  • NAID: 40015182117
• [Journal Article] Fully symmetric and doubly degenerate coherent phonons in semimetals at low temperature and high excitation : similarities and differences (2006)
  • Author(s): O.V.Misochko, K Ishioka, Muneaki Hase, M Kitajima
  • Journal Title: J. Phys. : Condens. Matter 18 Pages: 10571-10584
• [Journal Article] Coherent optical phonons in diamond (2006)
  • Author(s): Kunie Ishioka, Muneaki Hase, Masahiro Kitajima, Hrvoje Petek
  • Journal Title: A. P. L 89 Pages: 231916-231916
• [Journal Article] Temperature Dependence of coherent Alg and Eg Phonons of Bismuth (2006)
  • Author(s): K.Ishioka, M.Kitajima, O.V.Misochko
  • Journal Title: J. Applied Physics 100
• [Presentation] Ultrafast carrier-phonon dynamics under intense optical excitation of GaAs (2008)
  • Author(s): Amlan Basak, Muneaki Hase^2, Masahiro Kitajima^3, Hrvoje Petek
  • Organizer: American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans
• [Presentation] Coherent LO phonon self-energy renormalization under high photoexcited carrierdensities in Si (2008)
  • Author(s): A. M. Constatinescu, Muneaki Hase, Masahiro Kitajima, Hrvoje Petek
  • Organizer: American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans
• [Presentation] Coherent phonon in the aligned single wall carbon naotube (2007)
  • Author(s): K. Kato, K. Ishioka, M. Kitajima J. Tang, H. Petek
  • Organizer: Int.Symp.Ultrafast Laser Science
  • Place of Presentation: Pisa,Italy
• [Presentation] Coherent optical phonons in n-and p-type GaN (2007)
  • Author(s): K. Ishioka, K. Kato, M. Kitajima N. Ohashi, H. Haneda, H. Petek
  • Organizer: Int.Symp.Ultrafast Laser Science
  • Place of Presentation: Pisa,Italy
• [Presentation] カーボンナノチューブにおける超高速電子・格子ダイナミクス (2007)
  • Author(s): 加藤、石岡、北島、唐、Petek
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演大会
  • Place of Presentation: 北工大、札幌
• [Presentation] LaAl03におけるコヒーレント光学フォノンひずみ依存性 (2007)
  • Author(s): 長谷、R. Ru, O. Misochko, 北島
  • Organizer: 第62回応用物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 北大、札幌