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2021 Fiscal Year Annual Research Report

超高速量子経路干渉計の開発による光励起経路の選別

Research Project

Project/Area Number 19K22141
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

中村 一隆  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (20302979)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords量子経路干渉 / 量子コヒーレンス / コヒーレントフォノン / フェムト秒パルス
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、2020年度までに得られた偏光を制御したダブルパルス励起による量子経路干渉実験の結果を理論的に説明した。主要な実験結果は「中心波長800nmの近赤外フェムト秒パルスレーザーを用いて、n-GaAs(001)をサンプルとして90Kにおけるダブルパルス励起過渡反射計測により、二つのパルスが平行の場合には電子コヒーレンスの干渉とフォノン干渉の両方が観測され、直交の場合にはフォノン干渉だけが観測できる」ことである。これまでに構築した量子理論モデルの改良を行い、任意の偏光条件でのダブル励起によるコヒーレント光学フォノン生成と制御を記述できるようになった。これまでの電子2バンドモデルにおいて、励起状態が2方向に分裂したモデルに改良し、電子フォノン相互作用にはラマンテンソルを用いた。また電子励起状態にはローレンツ型の有効バンドを仮定して電子コヒーレンスの緩和の効果を取り扱った。平行偏光、直交偏光での実験結果を、瞬間的誘導ラマン過程の量子経路干渉で良く再現できた。さらに、45度の相対偏光の場合には、瞬間的誘導ラマン過程での量子経路干渉縞に特有な浮き上がりが分裂することが示された。また、励起状態の有効バンド幅の変化による干渉縞の変化の理論計算も行うことができた。
実験としては、45度偏光条件で、室温、90K、10Kでの計測を行い、低温になるほど電子コヒーレンスの保持時間が長くなる傾向を見ることができた。ただし、定量的な評価を行うためには、さらなる再現性の実験が必要である。
また、理論モデル計算では、これまでの量子リウビル方程式を2次摂動計算する方法以外にも、電子2準位とフォノン2準位を基底関数として展開し、その係数の時間発展を微分方程式を解くことにより求めることができるようにした。これにより、励起光強度が強くなったときのフォノン生成の飽和の様子を調べることができた。

  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Attosecond-Resolved Coherent Control of Lattice Vibrations in Themoelectric SnSe2022

    • Author(s)
      Junhong Yu, Yadong Han, Hang Zhang, Oleg V. Misochko, Kazutaka G. Nakamura, and Jianbo Hu
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 13 Pages: 2584-2590

    • DOI

      10.1021/asc.jpclett.2c00426

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photoinduced Ultrafast Symmetry Switcg in SnSe2022

    • Author(s)
      Yadong Han, Junhong Yu, Hang Zhang, Fang Xu, Kunlin Peng, Xiaoyuan Zhou, Liang Qiao, Oleg V. Misochko, Kazutaka G. Nakamura, Giovanni M. Vanacore, and Jianbo Hu
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 13 Pages: 442-448

    • DOI

      10.1021/asc.jpclett.1c03704

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Theory for choherent control of longitudinal optical phonons in GaAs using polarized optical pulses with relative phase locking2021

    • Author(s)
      Itsuki Takagi, Yosuke Kayanuma, and Kazutaka G. Nakamura
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Pages: 134301(1-10)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.134301

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 2連パルスコヒーレントフォノン生成における光電場強度依存性2022

    • Author(s)
      萱沼洋輔、高木一旗、中村一隆
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
  • [Presentation] GaAs単結晶中のコヒーレントフォノンに対する光強度依存性2021

    • Author(s)
      高井僚太、須田匡紀、高木一旗、萱沼洋輔、中村一隆
    • Organizer
      第32回光物性研究会
  • [Presentation] GaAs/Al0.3Ga0.7As多重量子井戸における量子ビートの励起強度依存性2021

    • Author(s)
      大山将冴、八木涼子、古庄裕也、須田匡紀、高木一旗、高井僚太、南不二雄、萱沼洋輔、中村一隆
    • Organizer
      第32回光物性研究会
  • [Presentation] i-GaAsのコヒーレントLOフォノンダイナミクス2021

    • Author(s)
      加藤太一、高木一旗、須田匡紀、中村一隆
    • Organizer
      第32回光物性研究会
  • [Presentation] 相対位相と偏光を制御した光パルス対による電子ーフォノン結合系のコヒーレント制御2021

    • Author(s)
      高木一旗、萱沼洋輔、中村一隆
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Ultrafast quantum-path interferometry for quantum beats of excitons in GaAs multiquntum well2021

    • Author(s)
      Yuya Furusyo, Ryoko Yagi, Masaki Suda, Itsuki Takagi, Yosuke Kayanuma, Fujio Minami, Kazutaka G. Nakamura
    • Organizer
      The 12th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coherent control theory for optical phonons in a crystal using polarized femtosecond pulses with relative phase locking2021

    • Author(s)
      Itsuki Takagi, Yosuke Kayanuma, Kazutaka G. Nakamura
    • Organizer
      The 12th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measuring quantum coherence in a GaAs crystal2021

    • Author(s)
      Kazutaka G. Nakamura, Itsuki Takagi, Masaki Suda, and Yosuke Kayanuma
    • Organizer
      The 12th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] フェムト秒の光パルス照射で縦波光学フォノンをコヒーレント制御する、量子力学に基づく理論を構築

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2021/062118

URL: 

Published: 2022-12-28  

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