2011 Fiscal Year Research-status Report
窒化物縦光学フォノン・プラズモン結合モードによるテラヘルツ光源科学の新展開
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23656010
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
石谷 善博 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60291481)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 電気双極子モーメント / 窒化物半導体 / ＬＯフォノン / プラズモン / フォノンポラリトン |
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| Research Abstract |
本研究は，新薬開発，安全対策など重要技術の飛躍的進歩を約束するテラヘルツ(THz)波の新光源原理・構造を提案する。低周波域に優れる共鳴トンネルダイオードや高周波域に優れ，低周波域では室温動作が出来ない量子カスケードレーザを補間する数THzから数十THz域のコンパクト光源実現のため，従来の光伝導アンテナ構造や半導体表面付近の縦光学(LO)フォノン－電子プラズモン結合(LOPC)モード発生機構から発想転換する。本研究は，２波光混合の差周波に共鳴する窒化物半導体ダブルヘテロ構造中のLOPCモードに伴う界面分極電荷から電気双極子を生成させ，THz波変換効率の飛躍的増加を達成する。更に3準位レーザモデル，短周期超格子等による電磁誘起透明化などフォノン・プラズモン分野の新展開に挑戦し，高効率THz波発生機構の原理検証およびテーブルトップから携帯用までの新光源技術基盤をつくることを目標とする。 平成23年度はLOフォノンやLOPCモード生成による薄膜界面での分極による電気双極子発生について理論的・実験的に検討した。LOフォノン‐プラズモン結合系の基準振動系への座標変換により界面分極による誘電率への寄与を理論的に求めた。この結果，理想的な場合にはTHz光生成に十分な振動子強度をもつことが分かった。実験的にはATR法および赤外分光エリプソメトリ法による測定からアンドープ試料においてLOフォノン位置に光吸収を確認し，その大きさは表面から薄膜への侵入に伴う光の減衰を考慮すると理論的解析に一致し妥当な大きさであることが分かった。一方，界面ポラリトン伝播が実験的に観測され，基板・薄膜界面と平行に光を導入すると双極子吸収・放出がおこる波長と基板界面に局在するポラリトン伝播がおこる波長が同じになり，ポラリトンデバイスの可能性があることが分かった。
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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
理論的研究では，成果概要に記載した通り，十分な光生成効率が得られることが分かり，またポラリトン分散曲線も得られ，当初予定を完了した。実験的には，電気双極子による光吸収およびポラリトン特性が得られ，この特性は理論的予測と一致した。レーザ２光束入射によるTHz波の発生確認では実験装置のセットアップが完了し観測を試みた。その結果現段階ではTHz波発生は確認されなかったが，理論解析等から現在の問題点が明らかとなり，結晶断面からの入射など今後の対策の方針は得られた。 一方次年度以降の課題である電磁誘起透明化似関する件当を始めた。これらの結果予定より幾分遅れている点と予定より進んでいる点があり，総合的には当初の予定に見合った成果が出ている。 双極子吸収に関する理論的・実験的確認は論文として投稿準備をしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の予定として，平成24年度から続いてTHz波発生の確認を行い，当初平成25年度の計画であった電磁誘起透明化の理論検討を平成24年度に前倒しをし，結晶面方位依存性については主に平成25年度とする計画の微調整を行う。これにより，今年度に本計画の概要が見える理論的・実験的結果を出してゆき，平成25年度に当初計画の全てを完了したい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
THz波確認のための光学素子やレーザ，薬品などの物品・消耗品費および学会発表や情報収集のための旅費，研究補助のための謝金
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[Presentation] InNの正孔散乱過程2011
Author(s)
石谷善博，今井大地，王新強，草部一秀，吉川明彦
Organizer
第5回窒化物半導体の高品質結晶成長とその素子応用
Place of Presentation
東北大学金属材料研究所
Year and Date
2011年8月8日
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