2023 Fiscal Year Final Research Report

Exciton-phonon polariton lasing in TPCO self-cavities

Research Project

PDF

Project/Area Number	21H01370
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research Institution	Nara Institute of Science and Technology
Principal Investigator	Mizuno Hitoshi 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)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山下兼一京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115) 阪東一毅静岡大学, 理学部, 准教授 (50344867) 佐々木史雄国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (90222009) 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)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	（チオフェン/フェニレン）コオリゴマー / レーザー発振 / 励起子ポラリトン / 強結合
Outline of Final Research Achievements	A dispersion plot of energy versus wavenumber based on the lasing spectrum observed in a BP3T single crystal which is a type of TPCO was found to be well reproduced by a phenomenological Hamiltonian that takes into account the exciton-molecular vibration-photon coupling state. This indicates that the formation of quasiparticles in which cooperative vibrations of ordered molecules in a single crystal were coupled with exciton-polariton states. In addition, while investigating conditions for growing TPCO single crystals, we found for the first time that crystal polymorphs with different crystal planes, molecular orientations, and crystal structures can be formed by using the crystal growth methods with solution growth, vapor phase growth, and melting methods. We also observed optically pumped lasing for those of crystal polymorphs.
Free Research Field	光物性物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	従来，励起子ポラリトンを形成されるためにはマイクロキャビティ構造が必要であった。本研究で観測された励起子－分子振動－光子の結合状態に基づくレーザー発振は，単結晶の両端面が共振器として働くことによって起こるため，外部共振器を必要としない。室温かつ外部共振器を必要としない状況で上記の強結合状態に基づくレーザー発振を有機結晶を用いて観測したことは初めてである。このことは，低コストで高機能な光源やセンシングに繋がる。今後，単結晶自己共振器中における上述した強結合状態が形成される条件を明らかにすることができれば，他の有機半導体材料にも拡張することができるため，汎用性が高く，学術的意義も大きい。