2020 Fiscal Year Research-status Report
ベリー位相とフロッケ描像に基づいた固体における高次高調波発生機構の解明
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19K14624
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
玉谷 知裕 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (20633697)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高次高調波発生 / 半導体 / 光物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高強度光照射下の半導体から発生する高次高調波の性質を、従来の3ステップ模型とは異なる視点から考察することを目的としている。昨年度研究代表者は、高強度THz光と弱強度のNIR光を同時に半導体に照射した際に生じる高次高調波（高次のサイドバンド生成）についての理論を構築し、その結果から、高次高調波発生と他の高強度光物理現象との関係性を明らかにする物理的解釈を提示した。この解釈に従えば、高次のサイドバンドの強度は、THz光強度に対し非単調な振動構造を示すと共に、同様の振動構造が発生する高次高調波の励起光強度依存性にも現れることになる。この仮説を検証するために研究代表者は、典型的な半導体である GaAsに着目し、理論と実験両側面から発生する高次高調波の励起光強度依存性についての比較を行った。その結果当初の予想通り、実験と理論双方において発生する高次高調波の励起光強度に、非単調な振動構造が現れることを確認した。この結果は、本申請の課題であるサブバンド描像による解釈が、高次高調波発生で有効であることを示唆している。本成果をまとめた論文は、現在海外学術誌に投稿中である。
一方研究代表者は、ピエゾ効果を用いた高次高調波発生の理論を構築することで、固体における新しい高次高調波の制御方法を提案した。具体的には、典型的な半導体であるGaAsに着目し、この物質に剪断応力を印加することで、発生する高次高調波の偏光面が入射偏光面から回転して放射されることを理論的に示した。これはGaAsが剪断応力によって光学活性になったことを意味している。このことを確認するために、研究代表者は、右回りと左回り各々の楕円偏光に対し、高次高調波がどのように放射されるかを計算した。その結果、発生する高次高調波には、剪断応力で制御可能な相反性が存在することを発見した。本成果は、Physical Review B誌に掲載された。
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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
昨年構築した理論の実験的検証を行うことで、研究代表者の考え方の正当性を示すことができた。またピエゾ効果を用いた高次高調波の新しい制御方法を提案することもできた。さらにこれらの成果を論文にまとめ学術誌に投稿、掲載することもできた。以上のように、当初の予定通り、本研究に関して順調な進展が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、これまで得られた高次高調波発生に関する知見を基礎に、ベリー位相分極理論の学理構築を行うことで、この考え方に基づいた高次高調波発生の理解を明らかにする。そのために研究代表者は、従来の断熱的な領域でのみ定義されるベリー位相の概念を非断熱の領域にまで拡張することで、ワニエ波動関数に基づいたブロッホ電子のダイナミクスという観点から高次高調波の発生原理を探求する。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの深刻な影響により、参加予定の複数の国際会議が中止になったため、予算の消化が不可能になった。今年は海外渡航費用と必要な計算機器の購入に予算を当てる予定である。
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