2018 Fiscal Year Annual Research Report
Spin manipulation using high power THz pulse
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17H02795
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
森田 健 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30448344)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 誠 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
揖場 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム付 (90647059)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピン制御 / 高強度THzパルス / スピンダイナミクス計測 / パルス面傾斜法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度では，THzパルス発生光学系を用いて，高強度THzパルス発生を試みた．パルス面傾斜法で得られた高強度THzパルスは，EOサンプリング法によって検出した．パルス面傾斜の非線形結晶は，良く用いられるLiNbO3（LN）結晶を使用し，EO結晶には，ZnTe結晶を使用した．観測されたTHzパルスの時間波形には，三つのピークが現れファーストピークとセカンドピークが同程度の強度であること，またファーストピークを拡大すると，ピークの先端が不自然に折れている形状になっていること，を考慮し本来のTHzパルス電場の時間波形でないことが分かった．ZnTe結晶は，この波長帯での屈折率変化が大きいため感度が高いため， 数10 kV/cm以上の強いTHz電場パルスを計測するとこのようなことが起こることが知られている．そこで，この波長帯での屈折率変化が小さいGaPをEO結晶としてTHzパルスの時間波形を測定した．ZnTeをEO結晶として用いた結果と異なり，本来のTHzパルス電場の時間波形が得られた．THzパルスの電場振幅を求めた式を適用することで，最大電場振幅は126.5 kV/cm であった．
実験以外にもGaAsのE-k分散を考慮したモンテカルロ（MC）シミュレーションを行ったが， 25 V/cm以上のTHzパルス照射によってTHzパルスによるスピンの反転が可能であることが分かっている．今回得られたTHzパルスの強度はは25 V/cmを大きく上回っている．励起キャリアが観測できたので，THzパルス発生光学系からTHzパルスを，サンプル裏側から入射して，サンプルの表側でキャリアのダイナミクス測定を行った．しかし，現時点ではTHzパルスの相互作用は観測できなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高強度THzパルスの強度の観測，またキャリアダイナミクスの観測に成功したことは良かったが，キャリアと高強度THzパルスとの相互作用が全く観測できなかったことは想定外であった．キャリアまたはスピンが励起されている時間内に，THzパルスを照射し何等かの影響を観測したかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
MCシミュレーションによると，今回用いた試料のGaAsでは高強度すぎる（100 kV/cm以上）のTHzパルスでは電子に負の速度が働き，大きく動かないことが分かっていた．そのため，励起キャリアダイナミックスへの信号変化が観測できたなかったと考えている．次回はピーク強度を落とし，10 kV/cm程度で実験を行う必要がある．他にも相互作用が観測できなかった理由として，そもそもスピン（キャリア）観測光学系とTHzパルス発生光学系の光路長が適していないことが考えられた．実験光学系において光を分離させた箇所（ビームスプリッター）からサンプルまでの光路長を測定してみたところ，現在の光学系では，スピンあるいはキャリアを励起する前にTHzパルスが到達してしまう可能性が高いことが分かった．THzパルスの強度を落とすこと，また光学系の光路長を見直し，改めて実験を行う必要がある．
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[Presentation] Statistics of excitonic energy states based on phonon-exciton-radiation model2018
Author(s)
Yoshihiro Ishitani, Kensuke Oki, Naomichi Saito, Tsubasa Yamakawa, Daisuke Uehara, Shungo Okamoto, Moe Kikuchi, Keisuke Ebisawa, Bojin Lin, Bei Ma, and Ken Morita
Organizer
International Workshop on Nitride Semiconductors
Int'l Joint Research / Invited
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