テラヘルツ波技術を用いたトポロジカル物質の光電変換機能の開拓
| Project/Area Number |
23K26157
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| Project/Area Number (Other) |
23H01463 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
貴田 徳明 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 主幹研究員 (30587069)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
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| Keywords | テラヘルツ波 / 光電流 / フェムト秒レーザー / 非線形光学効果 / 光電変換 / フェムト秒レーザーパルス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、高速光電流の時間分解検出のための新たな手法として、フェムト秒レーザー照射によるテラヘルツ波放射現象に注目する。テラヘルツ波放射の時間波形には、必然的に電流の時間特性の情報が含まれるため、その時間波形を正確に解析すれば、サブピコ秒の時間分解能で、電流の向きと振幅のダイナミクスや空間分布を非接触で抽出することが可能となると期待される。本研究では、様々な圧電体、強誘電体などのトポロジカル物質を対象として、テラヘルツ波放射現象を探索し、そのダイナミクスを抽出する新手法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、トポロジカル物質などの量子物質を対象として、フェムト秒レーザー照射による新規なテラヘルツ波放射現象の探索、ならびに、放射したテラヘルツ波を利用することによる固体の光電流ダイナミクスの新たな時空間分解検出法の開発を主要な目的としている。
今年度、数々のトポロジカル量子物質においてテラヘルツ波放射現象の探索を行い、物質のトポロジーに起因する新規なテラヘルツ波放射現象を観測した。例えば、ワイル半金属NbAsにおいて円偏光励起によるテラヘルツ波放射の観測に初めて成功した。テラヘルツ波の偏光状態解析を行ったところ、通常の半導体で生じる光デンバー効果由来のテラヘルツ波放射のみだけでなく、物質中のトポロジーに起因したスピン偏極電流誘起のテラヘルツ波放射を検出した。さらに、CuOにおいては、新しいテラヘルツ波放射機構を発見した。透明媒質における主要なテラヘルツ波放射機構は、二次非線形光学効果による電気双極子放射である。この場合、固体の空間反転対称性が破れている必要がある。一方、CuOは、空間反転対称性を有している。結晶の対称性を考慮した結果、CuOにおけるテラヘルツ波放射機構は、非線形電場による磁化生成に由来する磁気双極子放射であることがわかった。空間反転対称性を有する結晶においても、非線形光学効果が現れ、それを起源とするテラヘルツ波放射が生じることは、予期しなかった発見である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標に掲げていた、数々の量子物質からのテラヘルツ波放射現象の観測に成功したのみならず、新しいテラヘルツ波放射機構として、従来では考えられてこなかった電場誘起の磁気双極子放射が有望であることを発見した。上記の成果は当初の計画以上のものと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
テラヘルツ波放射波形をもとに、電流ダイナミクスを抽出する研究を進める。さらに、他の物質系においてもテラヘルツ波放射現象を探索する。特に、励起レーザーの波長をチューニングすることにより、高効率かつ高強度のテラヘルツ波放射現象の観測にも挑戦する。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Band transport evidence in PEDOT:PSS films using broadband optical spectroscopy from terahertz to ultraviolet region2024
Author(s)
Guo Zijing, Sato Tetsu, Han Yang, Takamura Naoki, Ikeda Ryohei, Miyamoto Tatsuya, Kida Noriaki, Ogino Makiko, Takahashi Youtarou, Kasuya Naotaka, Watanabe Shun, Takeya Jun, Wei Qingshuo, Mukaida Masakazu, Okamoto Hiroshi
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Journal Title
Communications Materials
Volume: 5
Issue: 1
Pages: 1-13
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] テラヘルツ－紫外領域に渡る広帯域分光を用いたPEDOT:PSS薄膜のバンド輸送の実証2024
Author(s)
佐藤鉄, 郭紫荊, 韓陽, 高村直幹, 池田良平, 宮本辰也, 貴田徳明, 荻野槙子, 高橋陽太郎, 糟谷直孝, 渡邉峻一郎, 竹谷純一, 衛慶碩, 向田雅一, 岡本博
Organizer
日本物理学会2024年春季大会オンライン
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