2015 Fiscal Year Research-status Report
テラヘルツパルス励起光検出磁気共鳴法の開発と励起スピン系機能物質の解明
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15K13659
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
河本 敏郎 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70192573)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 励起状態 / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チェレンコフ型の光整流法を用いたテラヘルツパルス光源を製作した。回折格子の反射を利用して生成光の波面を傾斜させることにより，非線形性の高いLiNbO3結晶において位相整合が実現可能となり，高強度のモノサイクルTHzパルス電磁波を発生させることができる。THz生成光には現有のフェムト秒レーザー再生増幅システムの出力(800nm,150fs,1mJ) を利用している。
ナノ秒紫外光パルスレーザー(267nm)あるいはフェムト秒レーザー再生増幅システム(800nm)の出力の一部をポンプ光とし，上記テラヘルツパルス光源からの出力をプローブとする光ポンプ-テラヘルツプローブ分光システムを製作した。ポンプ光に対するテラヘルツパルスを遅延させてテラヘルツ時間領域分光を行うことによって，光励起状態のスピンやキャリアの超高速ダイナミクスを観測することができる。
有機EL材料としても知られる遷移金属錯体において光ポンプ-テラヘルツプローブ分光を試みたが，励起三重項状態のスピン系による信号は確認できなかった。
半導体のシリコンにおいて光ポンプ-テラヘルツプローブ分光の実験を行うことにより，高密度に光励起された状態のダイナミクスを調べた。透過テラヘルツ電場のピークシフトは光励起によって負の遅延をもち，弱励起の場合は励起光強度とともに遅延が増加するが，強励起の場合は逆に遅延が減少していく振る舞いが観測された。弱励起の屈折率スペクトルは基本的なドルーデモデルで説明できるが，強励起のスペクトルはドルーデモデルでは説明できないことが分かった。電子間の散乱の影響を考慮したドルーデ-スミスモデルを導入することによって，強励起スペクトルも定性的には説明できることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
チェレンコフ型の光整流法を用いたテラヘルツパルス光源を製作し，光ポンプ-テラヘルツプローブ分光システムを構築した。シリコンにおいて光ポンプ-テラヘルツプローブ分光を行った結果，高密度光励起下での屈折率スペクトルが従来のモデル(ドルーデモデル)では説明できない結果が得られ，新しいモデル(ドルーデ-スミスモデル)を導入することによって定性的に説明できることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，製作した高強度テラヘルツパルス光源を用いて，光ポンプ-テラヘルツプローブ分光の実験を行い，光励起状態の超高速ダイナミクスの解明を試みた。次年度はさらにテラヘルツパルス励起光検出分光の実験を試みる。
今年度製作した高強度テラヘルツパルス光源とフェムト秒和周波光発生検出器，およびナノ秒紫外光パルスレーザー，冷凍機，電磁石，高電力直流電源を組み合わせて，光照射下で現れるスピンダイナミクスを観測する温度可変テラヘルツパルス励起光検出分光装置を開発する。発光の時間波形のフーリエ解析から，光励起状態の超広帯域テラヘルツスペクトルが得られる。同期させた光チョッパーでTHz生成光をショット毎にオンオフし，ロックインアンプを用いた高感度検出を行う。また，光遅延制御とFFT変換処理を行う自動制御処理システムを製作する。
微弱な信号を検出するためには，強いポンプ光とゲート光をカットして和周波光のみを検出しなくてはいけないが，現在は十分なカットには至っていない。ガラスフィルターに加えて，遷移金属錯体イオンの溶液フィルターを組み合わすことによって，和周波波長の分離の改善をはかりたい。
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| Causes of Carryover |
次年度は，２つの国際学会に出席して研究発表を行うことになったため，参加登録料と旅費の支出が必要となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
下記の２つの国際学会の参加登録料と旅費に使用する。
・International Conference on Low-Energy Electrodynamics in Solids (LEES 2016, Moriyama, May-June 2015)
・9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS9, Kobe, August 2016)
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