| Project/Area Number |
22K18684
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Yoshihiro Okamura 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20804735)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 光起電力効果 / テラヘルツ光 / トポロジー / 強誘電体 / フォノン / シフト電流 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、バンド間遷移を起こさずフォノンを励起することによるシフト電流の観測を狙い、これまで研究が行われてこなかったテラヘルツ領域における光起電力効果の実証を行う。そのため、シフト電流の特性を考え、フォノン励起時に伴う波動関数の大きな変化が期待される物質の光電流測定を行っていく。より具体的には、大きな振動子強度を持ったソフトフォノンを有する変位型強誘電体、巨大な電子分極を有する有機強誘電体TTF-CA、さらにはポーラーな対称性を持つワイル半金属を系統的に扱うことで、より高効率な光起電力効果の実現を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
By taking advantage of the topological properties of materials, we aim to observe the bulk photovoltaic effects through the phonon excitations in ferroelectric materials. Although it has been believed that interband transitions are indispensable for photocurrent generation, photovoltaic effects may occur even with low-energy excitations, mediated by interactions with electronic excitations. In fact, we have successfully observed photocurrent by terahertz photoexcitation of soft phonons in BaTiO3 and SbSI, which are known as typical ferroelectrics. We have discussed the photovoltaic effect from multiple perspectives, including mode dependence, spectral response, performance index, and comparison with first-principles calculations.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
テラヘルツ波は、次世代通信や車載レーダーなどにも応用が期待され、今回のテラヘルツ領域の光起電力効果は、検出器への応用として非常に大きな需要がある。この帯域の検出器はボロメータと呼ばれる熱感知型のものが一般に使われているが、液体ヘリウムによって冷却し熱雑音を取り除く必要があるのに加え、応答速度も非常に遅いという問題点がある。その点、今回の方法は冷却を必要とせず、応答速度もピコ秒にも到達しうる非常の短いものになる。またフォノンに注目したが、電気分極とカップルする素励起に対してこのアイディアが適用できる可能性が示唆され、基礎科学・応用の両面から重要な現象を明らかにできた。
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