2020 Fiscal Year Annual Research Report
位相制御したテラヘルツバルスによるレアイベント表面プロセスの駆動
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20H00343
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 教授 (50202403)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松永 隆佑 東京大学, 物性研究所, 准教授 (50615309)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面 / 反応 / 分子振動 / 反応速度論 / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度は、物性研究所機能物性グループに既設の表面分析装置を用いて、本研究で実験対象とする吸着系（金属表面における二酸化炭素、メタン、ギ酸）の化学物性データを得るための実験を行い、吸着エネルギーや吸着分子の振動スペクトルを得た。
極限コヒーレント研究センターに既設のチタンサファイア再生増幅器を利用して0から3 THzの領域をカバーするテラヘルツ（THz）光を発生させ、超高真空チェンバーに照射できるシステムを新たに構築した。THz光が金属表面に照射された影響を第二高調波発生(SHG)を用いてプローブする"THzポンプ-SHGプローブ"実験を行った。Pt清浄表面では、THz電場強度が40 kV/cm程度でPt表面から発生するSHG強度は約3％程度変調されることが分かった。また、その時間波形をPt表面に入射したTHz電場の時間波形と比べると明らかな位相ずれが存在することが分かった。種々の吸着種が化学吸着した表面に対して行った測定結果から、THz pump-SHG probeで観測される情報は主に金属内部の電子応答であることが示唆された。
数十THz帯域におけるキャリアエンベロープ位相制御された高強度パルス光源を得るため、既設のYbベースの高安定再生増幅器を用いて、その出力を白色パルスを共有した2台の光パラメトリック増幅器に入射し、両方のシグナル光を使って差周波発生を行った。シグナル光をそれぞれ2枚の透過型回折格子を使ってチャープさせてから差周波発生を行うことで、光整流効果による1THz帯のパルス発生を抑制し、数十THz帯で単色性の高い高強度THzパルスを発生させた。非線形結晶としてGaSe結晶を用いることで16THzから40THz帯における中心周波数連続可変のTHzパルスを生成し、さらに有機結晶を用いることで9‐17THz帯においてもCEP制御されたパルス生成に成功した。
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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
令和２年度は、物性研究所機能物性グループにに既設の表面分析装置を用いて、対象とする吸着系（金属表面における二酸化炭素、メタン、ギ酸）の基礎的な情報を得るための実験を行い、吸着エネルギーや吸着分子の振動スペクトルについての情報を得ることができた。また、物性研究所極限コヒーレント研究センターに既設の超短パルスレーザーを利用して、Pt表面におけるテラヘルツパルス照射による第二高調波発生への変調を観測することができた。さらに、９から40THzの領域でキャリアエンベロープ位相制御された高強度パルス光源を構築することができた。以上により、本研究課題の実験は、概ね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度前半は、既設のYbベースの高安定再生増幅器と2台の光パラメトリック増幅器を使って発生させた狭帯域テラヘルツを、Pt表面に共吸着した一酸化炭素分子と酸素原子に照射し、二酸化炭素の生成反応を駆動する実験を行う。さらにCu表面に二酸化炭素と水素原子を共吸着させ、二酸化炭素の変角振動や束縛運動を励起することによる吸着二酸化炭素の水素化を狙う。令和３年度後半は、本科研費補助金で導入するハイパワーのチタンサファイア再生増幅器と2台の光パラメトリック増幅器による、表面化学反応駆動用の新たなテラヘルツパルス発生システムを構築する予定である。
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