2020 Fiscal Year Research-status Report
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19K05306
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
有川 敬 京都大学, 理学研究科, 助教 (70598490)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光渦 / テラヘルツ / 量子ホール効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、軌道角運動量を持つ光渦（トポロジカル光波）を用い、新しいタイプの光と物質の相互作用を探求し、またその応用を開拓することである。今年度は、昨年度に整備した連続テラヘルツ波計測システムを用いた実験を進めた。まず、通常のガウスビームを用いた実験を行った。初めにテスト試料としてESR測定の標準試料として知られているDPPH(2,2-Diphenyl-1lpycrylhydrazyl)を用いた。0.1 THz, 0.115 THz, 0.13 THzの連続テラヘルツ波を用い、ESR信号を測定することができた。次に、グラフェン量子ホール系を用いた実験を行った。グラフェン試料は伝導測定による量子ホール効果測定のために、ホールバー構造への加工および電界効果トランジスタデバイスの作製を行った。試料を5K程度まで冷却し、電気伝導測定を行った結果、磁場5Tで明瞭な量子振動が観測された。しかし、テラヘルツ波によるランダウ準位間遷移を観測することはできなかった。ところが、ランダウ準位間隔より低いフォトンエネルギーのテラヘルツ波（周波数0.5 THz）を照射すると、電気抵抗率に変化が観測された。この変化はテラヘルツ電場によって電子の軌道が変化し、局在状態が変化したことに起因していると考えられる。
また、以前から続けていた擬似局在表面プラズモンへの軌道角運動量転写についての知見をまとめ、その他の物質系への適用について検討した。
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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
昨年度整備した連続テラヘルツ波を用いた実験を進めることができた。初期的な実験の結果、発生する連続テラヘルツ波の不安定性が問題となることが明らかになった。不安定性の原因は、連続テラヘルツ波を発生させるための２つの通信波長帯半導体レーザーの偏光が光ファイバー中で変動してしまう所にあった。偏波保持ファイバーを利用していたが、長距離ファイバーを用いる必要があったため僅かな変動の蓄積が問題を引き起こしていた。そこで、ファイバー結合型の偏光子や電圧駆動型の減衰器を用いて偏光および強度安定化システムを構築した。その結果、発生するテラヘルツ波の強度を安定化することができた。当初予定していた光渦を用いた計測には至らなかったが、測定システムの準備が整った。また、微細加工技術を用いた試料の加工および電極付け技術を確立することができた。
一方、当初考えていたトポロジカルフォトニック結晶を用いた実験は、観測によって固有モードを壊してしまうことを示唆する結果が得られたため、グラフェンの実験に集中することとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで確立してきた計測システム、試料加工技術を用いて、光の軌道角運動量転写の実験を進める。具体的には、微細加工によりコルビノ円盤型電極配置のグラフェン試料を作成し、光渦励起を行う。連続テラヘルツ波に加えて有機結晶（BNA）を用いて発生させた高強度テラヘルツパルスも利用する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により出張予定がなくなったため。翌年度の物品日、旅費として有効活用する。
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Research Products
(4 results)
