2020 Fiscal Year Research-status Report
Subcycle observation of spin-dependent transport under intense mid-infrared electric field transient
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20K22478
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
栗原 貴之 東京大学, 物性研究所, 助教 (60880151)
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2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 光物性 / 逆スピンホール効果 / 中赤外 / 光源開発 / 光伝導 / 高次高調波発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，超短パルス光中に含まれる高強度電場下の電子ダイナミクスにおいて，スピン自由度が電子伝導に与える影響を明らかにすることである。このために必要となる要素技術は，電子をバリスティックに駆動するための位相制御された高強度中赤外光の発生，およびスピン偏極電子を励起するための円偏光超短パルス光の発生である。今年度は実験系構築の前段階として，主にこれら光源の整備を行なった。パルス幅160 fsのYb:KGW再生増幅器をソースとして，2段増幅の中赤外パラメトリック増幅器を構築し，繰り返し10 kHz, パルスエネルギー約40マイクロジュール，パルス幅数サイクル，波長2-3ミクロンで受動的にキャリアエンベロープ位相安定な中赤外パルス光の発生に成功した。発生した中赤外光は非線形結晶の入れ替えによってさらなる長波長化が可能であるとともに，非線形な電子ダイナミクスを生じさせるのに十分な電場尖塔値を持つ。同時に，スピン偏極キャリア生成に用いる可視超短パルス円偏光の生成のため，波長515nm帯においてマルチプレート法によるスペクトルブロードニングを試み，チャープミラーによるパルス圧縮を行なった。この結果，半導体等の試料中にスピン偏極キャリアを生じさせるのに十分な出力強度が生成可能であることを確認できた。また，光源整備と平行して実験系構築の準備を進め，自動ステージ，偏光板，波長板など主要物品の選定・発注を行い，制御用プログラムの構築に着手した。
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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
最も重要な中赤外光源の開発に関しては，ポンプ・プローブ測定に十分な強度と安定性の光が得られたことから，おおむね当初の予定通りに進展している。中赤外透過光の偏光測定系の整備に関してはロックインアンプ等の一部測定装置や可視ポンプ光の円偏光化に必要な超広帯域波長板などの素子の導入が終わっておらずやや遅れてはいるものの，主要物品が揃いつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は最終的な目的である逆スピンホール効果による横電流測定のために，昨年度構築した中赤外光をプローブ光として用い，BiやPt薄膜をターゲットとした測定システムの構築と実験に取り掛かる。中赤外光照射前に可視円偏光を照射し，可視光ポンプのヘリシティに対する中赤外光の偏光回転方向の変化を追跡するための光学系を今年度前半に構築する。これを用いて，まずは弱強度における基礎的な円偏光ポンプ・中赤外回転プローブのダイナミクスの知見を深める。その後，年度後半には中赤外パルスの強度を増大し，非線形な電子ダイナミクスが生じることを高次高調波発生によって確認できるように測定系の拡張を行う。
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| Causes of Carryover |
前年度はコロナ禍の影響で一部光学部品の工期が遅延し，全体的に発注に遅延が生じたため差額となる約60万円を2021年度に回すこととなった。年度配分が予定されている10万円とあわせて，装置構築に必要な光学部品・機械部品等を購入する予定である。
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