2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mode-selective phonon excitation in the materials of energy functionality using mid-infrared free-electron laser
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18K05295
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
蜂谷 寛 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90314252)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自由電子レーザー / ラマン散乱 / 中赤外線 / フォノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中赤外自由電子レーザー光源 (KU-FEL: Kyoto University Free-Electron Laser) を利用した新しいフォノン分光を着想し、その確立を目指した。エネルギー生成・貯蔵の過程における損失となる熱を制御し、統一的に理解し、より革新的な材料開発に生かすことをめざして、波長可変な中赤外レーザー光源を用いた固体における個々のフォノンモードを自由に選び、励起し、観測できる、新たな分光法を確立することを目的とした。 まず、単結晶ダイヤモンドにおける赤外不活性な振動モードの、KU-FEL を用いた二光子励起による選択励起に成功し、論文発表を行った。しかしながら、レーザー照射に伴う試料表面の脆性破壊が起こったために、励起フォノンの周波数の赤方偏移が生じた。そのため、引き続いて測定系を見直し、前年度の光電子増倍管での測定条件の見直しを、本年度は新たに ICCD での側光をベースとしたデータ取得の時間の短縮 ＝ レーザー照射時間の短縮を図ることにより、同時に、S/N 比の改善と、プローブ光強度を低減したままで必要な信号検出の可能な測定系を利用することができるようになった。これによって、表面破壊の起こる閾値以下のレーザー照射で高感度のアンチストークスラマン信号の検出が可能となり、赤方偏移が解消されただけでなく、信頼度の高いスペクトル形を得ることが可能となった。本成果をまとめた論文を投稿中である。このモードは、ホウ素ドーフダイヤモンドにおける超伝導の発現に関与するため、特定のフォノンモードが物性に及ぼす影響の解明と共に、選択励起が可能なフォノン・モードの選択肢を赤外不活性フォノン・モードへの拡大が確立された。
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