2018 Fiscal Year Annual Research Report
THz Control of Floquet Topological Insulator in Massless Dirac Fermions
| Project/Area Number |
18H01905
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
山下 将嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (10360661)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 高強度テラヘルツ光 / トポロジー / ディラック電子系 / 高次高調波発生 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高強度円偏光テラヘルツ光を用いたディラック電子系のトポロジー制御技術の開発を目的としている。高強度円偏光をディラック電子系に照射することにより、ディラック点においてエネルギーギャップが生成され、ベリー曲率が誘起されることから、光誘起ホール効果の発現など量子物性制御技術への応用が期待されている。この円偏光照射影響は電場強度(E)ではなくベクトルポテンシャル(E/ω)に打ち合わせ依存することから、可視光よりも周波数の低いテラヘルツ光を用いた場合、低電場強度で巨大な効果が得られる可能性がある。一方で、共鳴・低周波領域の振舞いは理論的にも十分理解が進んでいないため、実験的に明らかにする必要がある。本研究は2018年から2020年の3年間で実施する。
2018年度は、高強度テラヘルツ光照射光学系の構築と、光誘起ベリー曲率を検出するための、高次高調波発生検出光学系の構築を行った。固体電子系における高次高調波発生はバンド間・バンド内を経由する非線形電流に起因しており、バンド構造情報を得る重要なツールとして期待されている。一方で、バンド・ベリー曲率は波数空間の有効磁場として働くことからベリー曲率を測定する手段としても期待されており、本研究では光誘起ベリー曲率測定に用いる。高強度テラヘルツ光発生には、周期反転分極型LiNbO3を用いることにより0.8THzで100nJ/pulseの出力、回折限界電場強度10kV/cm程度のテラヘルツ光発生に成功し、光誘起ベリー曲率生成に十分な強度が得られた。高次高調波発生については、高強度中赤外光パルスをグラフェンに照射することにより、7次までの高次高調波スペクトルが得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画通り進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2019年度以降は、高強度円偏光照射光学系と高次高調波発生光学系を組合わせて、円偏光照射による高次高調波スペクトル変化測定実験を行う。円偏光の強度や波長を変化させ、発生した高次高調波の偏光スペクトルを詳細に測定する。ディラック電子近似と光誘起ベリー曲率効果を考慮したて、グラフェンからの高次高調波偏光スペクトル計算を実験と比較することによって、観測したスペクトル変化の起源や非平衡光キャリア分布がトポロジー制御に及ぼす影響を明らかにする。
また、グラフェンFETを試料に用い、ゲート電圧によってフェルミエネルギーを制御することにより、フェルミエネルギー依存性を測定する。フェルミエネルギーをディラック点に制御することとにより、電子相関効果が大きくなることが知られており、非自明な光誘起トポロジー相における電子相関効果を実験的に検証する。
|
