2023 Fiscal Year Annual Research Report
半導体微小共振器における光－物質混成励起状態の時空間ダイナミクスの解明と制御
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20KK0088
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山下 兼一 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 駿 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (60731768) [Withdrawn]
柳 久雄 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00220179) [Withdrawn]
水野 斎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60734837)
稲田 雄飛 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 助教 (90770941)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Keywords | 半導体微小共振器 / ポラリトン / 有機半導体 / ペロブスカイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、次世代の革新的量子デバイス技術の構築に向けて、半導体中で形成される光－物質混成状態の基礎光電子物性を詳細に理解し、それらを室温にて自在に制御するための基盤技術を開発することを目的とする。特異な電子物性を持つ半導体材料を光微小共振器内に閉じ込める。生成された混成励起状態（ポラリトン状態）の時間領域および実空間領域でのダイナミクスを、海外連携機関（英国ケンブリッジ大学など）における世界最先端の評価実験により詳細に調べ上げ、新奇光電子機能の発現／制御手法を開発することを目指している。
コロナ禍のため先延ばしになっていた連携機関への渡航による共同研究実施を、2023年の2月から9月にかけて実施した。TPCOと呼ばれる高分子配向有機結晶を用い、AkshayRao教授のラボにおいて超高速過渡吸収分光を実施した。その結果、結晶の電子励起状態は結晶もしくは分子の振動モードと結合しており、このことがポラリトン凝縮などの協同的な振動子のコヒーレント状態の形成に関与している可能性を検討している。現在も共同研究は進行中である。また、全無機鉛ハライドペロブスカイトによる室温ポラリトン凝縮においては、わずかな結晶構造の歪に起因した光学的異方性が、量子論的な偏光状態の重ね合わせ状態の形成に寄与していることを明らかにした。また、共振器面内にポテンシャル構造を組み込んだ集積型ポラリトンデバイスの新作製手法を提案した。有機色素を活性媒体として光硬化性樹脂に組み込むことで、光ナノインプリント技術をベースとした新たな共振器デバイス作製技術：Nanoimprint-bondingプロセスを開発し、フォトニック構造を集積した高Q値の室温ポラリトンデバイスを実現した。
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