2016 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast control of conductive state by terahertz pulses
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16H03886
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中嶋 誠 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (40361662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 龍之介 三重大学, 工学研究科, 准教授 (80452225)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 超高速 / 伝導制御 / 相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フェムト秒パルスレーザー励起テラヘルツ波パルスによって、伝導状態の超高速制御を実現することが本研究の目的である。
金属微粒子系におけるテラヘルツ波パルスによる伝導状態の制御としては、プリンティング材料に使われる金属Agナノインクを、シリコン基板上に作成した金属アンテナ（テラヘルツ波の電場強度の増大を見込む）のギャップ中に塗布し、そこにテラヘルツ波パルスを照射し、その電気伝導特性の変化を観測した。テラヘルツ波パルス照射によって、ナノサイズの金属が接合し電気伝導度が上昇していく様子が観測できた。またテラヘルツの照射によってステップ的（量子コンダクタンスに対応）に電気伝導度が変化する結果が得られており、これはテラヘルツ波パルス照射によって段階的に接合経路が生成されていることを示唆している。
カルコゲン系GeTe-Sb2Te3超格子は、相変化メモリとして期待されている物質である。また超格子界面には、トポロジカル相が存在しディラックコーン型のバンド状態が存在していることが報告されている。このようなディラックコーン的なバンド構造をもつ層では、低エネルギーのテラヘルツ波を吸収することが期待される。この試料にテラヘルツ波パルスを照射することで、電気伝導度が瞬時に増加し緩和していく様子をオシロスコープを用いて観測することができた。この観測は、室温でのテラヘルツ波パルスの検出を行ったとも見ることができ、今後の検出器等への応用展開が期待される。
今後、電気的測定のみだけでなく、テラヘルツ波ポンププローブ分光等の光学的な超高速分光によりピコ秒スケールの超高速応答を観測していく。
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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
金属微粒子の系(金属ナノインクを含む)や、カルコゲン系の試料においてテラヘルツパルス照射による電気伝導度の変化を観測できている。導入したオシロスコープによりその時間応答特性を調べているが、より超高速な応答については、光学的手法(テラヘルツ波ポンププローブ分光)等により明らかにしていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は初年度に行った研究成果をさらに発展させ、テラヘルツ波パルスによる超高速電動制御の実現やその機構解明の研究を継続し実施する。
金属微粒子集合体をはじめとして相転移材料や有機系試料などのテラヘルツ波電磁波応答現象、特にその超高速応答を、昨年導入した高速オシロスコープやテラヘルツ波ポンププローブ分光等で明らかにする。
試料や光源を多様化することで研究対象の拡大を試みる。相転移物質や履歴伝導現象を有する物質など、新たな物質においてもテラヘルツ励起効果の測定を実施していきたい。また、テラヘルツ波の光源として、フェムト秒パルスレーザー励起のテラヘルツ波パルスのみでなく、大阪大学産業科学研究所にあるテラヘルツ自由電子レーザーや、福井大学遠赤外領域開発研究センターにあるジャイロトロンを利用することで、本研究対象領域の拡大を試みる。
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[Journal Article] THz Pulse Detection by Multilayered GeTe/Sb2Te32016
Author(s)
K. Makino, S,.Kuromiya, K. Takano, K. Kato, M. Nakajima, Y. Saito, J. Tominaga, H. Iida, M. Kinoshita, T. Nakano
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Journal Title
ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
Volume: 8, 47
Pages: 32408-32413
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Application of Terahertz field enhancement effect in metal microstructures2016
Author(s)
M. Nakajima, T. Kurihara, Y. Tadokoro, B. Kang, K. Takano, K. Yamaguchi, H. Watanabe, K. Oto, T. Suemoto, and M. Hangyo
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Journal Title
Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
Volume: 37
Pages: 1199-1212
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] レーザーカオスと超集束効果を用いたTHz-TDS装置における金属V溝幅の影響2017
Author(s)
桑島史欣, 白尾拓也, 赤峰勇佑, 岩尾憲幸, 大井真夏, 坂上直哉, 白崎拓郎, 合田汐里, 谷正彦, 栗原一嘉, 山本晃司, 森川治, 北原英明, 長島健, 中嶋誠
Organizer
第64回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
パシフィコ横浜, 神奈川
Year and Date
2017-03-17
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[Presentation] THz Detection By Multi‐layered Topological Insulator2016
Author(s)
Kotaro Makino, Shota Kuromiya, Keisuke Takano, Kosaku Kato, Makoto Nakajima, Hitoshi Ida, Moto Kinoshita, Yuta Saito,Junji Tominaga, Takashi Nakano
Organizer
41st International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2016)
Place of Presentation
Copenhagen, Denmark
Year and Date
2016-09-29
Int'l Joint Research
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[Presentation] Enhanced Terahertz Magnetic Near‐field By Tapered Waveguide In Double Split‐ring Resonator Coupled Tb3Ga5O12 Crystal2016
Author(s)
Hongsong Qiu, Hirofumi Harada, Kousaku Kato, Keisuke Takano, Takayuki Kurihara, Tohru Suemoto, Masahiko Tani,Nobuhiko Sarukura, Masashi Yoshimura, Makoto Nakajima
Organizer
41st International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2016)
Place of Presentation
Copenhagen, Denmark
Year and Date
2016-09-28
Int'l Joint Research
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[Presentation] High Efficient MLD‐THz‐TDS Systems Using Laser Chaos And Super Focusing With Metal V‐grooved Waveguide2016
Author(s)
Fumiyoshi Kuwashima, Takuya Shirao, Toshihiro Kishibata, Yusuke Akamine, Kazuyuki Iwao, Manatu Ooi, Naoya Sakaue,Takurou Sirasaki, Siori Gouda, Masahiko Tani, Kazuyoshi Kurihara, Kohji Yamamoto, Takeshi Nagashima, Makoto Nakajima,Masanori Hangyo
Organizer
41st International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2016)
Place of Presentation
Copenhagen, Denmark
Year and Date
2016-09-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] サブテラヘルツジャイロトロン照射による発光現象の観測2016
Author(s)
加藤康作, 邱紅松, Khutoryan Eduard M., 立松芳典, 谷正彦, 出原敏孝, Empizo Melvin J. F., 山ノ井航平, 清水俊彦, 高野恵介, 猿倉信彦, 福田承生, 吉村政志, 中嶋誠
Organizer
第77回応用物理学会秋季学術講演会
Place of Presentation
朱鷺メッセ, 新潟
Year and Date
2016-09-16
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[Presentation] Enhancement of Terahertz Magnetic Near-field by Tapered Metallic Waveguide2016
Author(s)
Hongsong Qiu, Hirofumi Harada, Kosaku Kato, Takayuki Kurihara, Keisuke Takano, Tohru Suemoto, Masahiko Tani, Nobuhiko Sarukura, Masashi Yoshimura, Makoto Nakajima
Organizer
JSAP-OSA Joint Symposia 2016
Place of Presentation
Toki Messe, Niigata, Japan
Year and Date
2016-09-15
Int'l Joint Research
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[Presentation] レーザーカオスと金属V溝導波路による高効率THz分光システム2016
Author(s)
桑島史欣, 白尾拓也, 赤峰勇佑, 岩尾憲幸, 大井真夏, 坂上直哉, 白崎拓郎, 合田汐里, 谷正彦, 栗原一嘉, 山本晃司, 森川治, 長島健, 中嶋誠
Organizer
第77回応用物理学会秋季学術講演会
Place of Presentation
朱鷺メッセ, 新潟
Year and Date
2016-09-13
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[Presentation] High efficient MLD-THz-TDS with super focusing effects and laser chaos2016
Author(s)
Y. Akamine, K. Iwao, M. Oi, S. Goda, T. Shirasaki, N. Sakaue, T. Kishibata, F. Kuwashim, M. Tani, K. Yamamoto,K. Kurihara, K. Nagashima, M. Nakajima, M. Hangyo
Organizer
The 5th Advanced Lasers and Photon Sources Conference (ALPS2016)
Place of Presentation
Yokohama, Japan
Year and Date
2016-05-19
Int'l Joint Research
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