2020 Fiscal Year Research-status Report
Science of local optical-to-terahertz wave conversion in low dimensional nanomaterials
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18KK0140
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
斗内 政吉 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40207593)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芹田 和則 大阪大学, レーザー科学研究所, 特任助教 (00748014)
村上 博成 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (30219901)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / ナノカーボン / フェムト秒パルスレーザー / 励起子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ナノカーボン材料や、半導体原子層薄膜などの低次元ナノ構造に起因する特異な励起子やバレー自由度を持つキャリアなどの素励起を媒介とした、局所場超短パルス光・THz波変換機構を明らかにし、その知見を基に新規な光・テラヘルツ機能の開拓を行うことである。これまでに、半導体ナノチューブからのTHz波放射を観測し、THz放射強度および同時に流れる光電流の励起レーザー強度依存性を測定から、非線形な応答を見出し、超高速光電流応答が、エキシトンの励起・乖離過程に起因することを突き止めた。その結果を論文にまとめ、Nano Lettersに掲載された。一方、コロナ禍の影響で、ライス大学への派遣ができなかったため、現有のナノチューブ半導体を用いたテラヘルツ放射特性の温度依存性を計測した、その結果、強く配向したものとランダム配向との比較から、テラヘルツ波放射特性が大きく異なることを見出した。
また、ナノ材料として、GaInN/GaN 多層量子井戸構造の光に対する複雑な応答を観測した。その結果、InGaN/GaN多重量子井戸構造内に光電荷を生成すると、1）内部電界が遮蔽される時、2）歪が緩和されるときに音響フォノンが生成され格子振動の衝撃波となって、表面に到達した時、3）多重量子井戸がナノキャパシターの役割を果たして、井戸内で電荷が振動する時にテラヘルツ電磁波が励起され、自由空間から観測することで、複雑な超高速ダイナミクスの同時観測に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
カーボンナノチューブデバイスの作製を、米国ライス大学にて行う予定であったが、コロナ禍のため、若手研究者の派遣ができず、一部2021年度に持ち越しているため、カーボンナノチューブの準備が遅れている。一方、ナノチューブのみではなく、GaInN/GaN 多層量子井戸構造などを用いて、ナノ領域のテラヘルツ電荷動力学の解明を並行して行っている。今後は、カーボンナノチューブデバイスの作製をライス大学に依頼し、テラヘルツ複素導電率の評価などを行う予定である。往来が可能となれば、研究者を派遣する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属系ナノチューブのテラヘルツ複素導電率の評価を実施し、基板依存性などデータを得る。そのデータをもとに、金属系カーボンナノチューブのテラヘルツ物性を明確にし、基板との相互作用の解明を進める。本年度内には、論文化する予定である。また、往来ができるまでは、テラヘルツ波放射特性の温度依存性から解析モデルの改良なども行う。年度内にはその温度依存性物性を解明し、論文投稿の予定である。その他、テラヘルツ発生の基本原理を、微小ダイポールフェーズアレーモデルを構築することで、様々な現象に対する基本的な解明を行う予定である。往来が可能となれば、ライス大学でのナノチューブデバイス開発も進める予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究は、国際共同研究を進めるための予算であるが、コロナ禍のために、ナノ材料・デバイス試作のための往来ができず、研究計画に遅れが生じた。本年度は、本研究を遂行するための、特任研究員雇用経費とデバイス作製およびテラヘルツ計測のための資材・光学部品などに支出する。往来が可能となれば、若手研究者を派遣する予定であるため、旅費は流動的となる。
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[Journal Article] Terahertz Excitonics in Carbon Nanotubes: Exciton Autoionization and Multiplication2020
Author(s)
Filchito Renee G. Bagsican, Michael Wais, Natsumi Komatsu, Weilu Gao, Lincoln W. Weber, Kazunori Serita, Hironaru Murakami, Karsten Held, Frank A. Hegmann, Masayoshi Tonouchi, Junichiro Kono, Iwao Kawayama, Marco Battiato
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Journal Title
Nano Lett. 2020
Volume: 20
Pages: 3098, 3105
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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