2019 Fiscal Year Annual Research Report
アト秒スペクトロスコピー技術によるペタヘルツエンジニアリングの創出
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16H02120
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
小栗 克弥 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主幹研究員 (10374068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石澤 淳 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (30393797)
加藤 景子 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (40455267)
日比野 浩樹 関西学院大学, 理工学部, 教授 (60393740)
増子 拓紀 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 特別研究員 (60649664)
関根 佳明 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (70393783)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アト秒科学 / 量子エレクトロニクス / 時間分解ARPES / 人工二次元結晶 / 固体高次高調波発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度にあたる令和元年度は、順調に開発が進んだサブ5 fs高次高調波プローブ時間分解角度分解光電子分光(TR-ARPES)装置による物性研究に計画の重点化をシフトさせた。昨年度、TR-ARPES計測に成功したグラファイトの光励起初期過程に関しては、ボルツマン散乱方程式による電子-電子散乱過程のシミュレーションと実験を比較した。１次元のディラック分散を仮定し、シミュレーションを実施したところ、実験で観察された光励起直後のピーク形状過渡的ポピュレーションがフェムト秒スケールで再分布様子が再現できた。
TR-ARPES実験では、さらに計測対象をバレートロニクス材料に拡張し、遷移金属カルコゲナイドのWSe2及びMoS2を測定した。特にWSe2は、バンド端のK点におけるバンドギャップが1.6 eV程度であり、現状のポンプ光の光子エネルギーと同等であるため準共鳴条件で励起可能である。ポンププローブ実験の結果、K点において励起状態の過渡的ポピュレーションの計測に成功すると共に、K点からΣ点へバレー間散乱が50 fs以内に超高速緩和している様子を捉えた。バレートロニクスは、擬スピン状態を制御することが本質であり、本成果はTR-ARPESにより擬スピンの5 fsレベルの時間分解能で過渡的状態を計測できることを意味する。
PHzスケールの電子応答を計測する手法の課題は、現状、感度が不十分であり、計測に時間がかかりすぎる点にある。そこで、我々は、時間応答のみにフォーカスし、分光(エネルギー)情報を積算するアト秒時間分解反射率計測技術の開発を進めた。反射率のみを1次元検出器で計測し、ロックイン検波することによりアト秒計測技術の高感度化を図った。その結果、Bi薄膜のコヒーレントフォノン信号をわずか15分の計測時間で明瞭に計測できることを実証し、アト秒分光技術の高感度化という新しい方向性を切り拓いた。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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