2022 Fiscal Year Annual Research Report
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22H01156
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中 暢子 京都大学, 理学研究科, 教授 (10292830)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
松岡 秀人 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特任准教授 (90414002)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | リドベルグ状態 / 量子技術 / 励起子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画の初年度である本年度は、固体リドベルグ状態を用いるマイクロ波－光結合の実験のため、高周波マイクロ波信号発生器の機種選定と購入を進めた。一光子励起でプローブが可能な半導体Cu2Oのリドベルグ励起子の奇パリティ状態（P軌道）について、マイクロ波結合の実験に最適と考えられる膜厚に研磨した新しい薄膜結晶試料を用い、高次リドベルグ状態を観測した。可視域の白色光源を用いて一光子吸収スペクトルを測定すると、状態間のエネルギー差に近い複数の周期を持つ干渉縞が発生することが判明した。これは入射白色光のコヒーレンスに起因するものと考え、拡散板や楔型石英板を光路中に挿入して干渉縞を除去することを試みた。楔型石英板を中空回転モーターに取り付けて高速回転させることで試料表裏での干渉縞を消すことができ、光学素子に由来すると考えられる別周期の干渉縞は拡散板の挿入によって低減されることを見出した。また、偶パリティ（S軌道）の励起子について、スーパーコンティニュウム光源からの赤外光パルスを用いて二光子励起する実験を行った。4f光学系を新たに構築してスペクトル幅の異なる励起光を用意することで、信号発生機構が周波数の異なる二光子の組み合わせによる和周波過程であることを初めて直接的に示すことができた。一方、ワイドギャップ半導体であるダイヤモンド中の励起子リドベルグ状態とイオン化についての考察を進めた。基底状態から離散リドベルグ状態、さらに高エネルギーの連続状態への遷移を取り込んだ励起子ライマン遷移のスペクトル計算を行い、実測した中赤外スペクトルと良い一致を得た。
このように、来年度以降に計画している高次リドベルグ状態の制御に向けて、その基盤となる知見が両物質で得られた。
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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
高周波マイクロ波信号発生器の納品が初年度末の当初予定から翌年度に持ち越されたが、第二年度前半には調達ができた。その間、Cu2O新規試料の評価を予定通り行い、マイクロ波照射に用いる準備が整った。ダイヤモンドにおける励起子ライマン遷移の寄与やリドベルグ系列を決定する励起子イオン化エネルギーの再評価を行い、論文出版および国際学会発表として公表することができた。アメリカ物理学会が注目論文を紹介するPhysics誌より執筆依頼がありCu2Oリドベルグ励起子の強い非線形光学効果に関する論文の紹介記事を執筆した。また、応用物理学会や著名な国際会議で招待講演を行い、固体リドベルグ状態を含めたワイドギャップ半導体の魅力と課題について成果発信を予想以上に進めることができた。
このような進捗状況から、本研究は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の第二年度以降は引き続き、励起子リドベルグ状態を用いるマイクロ波－光結合の実験研究を進める。より高分解能の分光器を用いて一光子吸収スペクトルを測定し、さらに高次の励起子リドベルグ状態を観測する。スペクトルに重畳すると予想される干渉縞の低減のための信号処理方法を検討し、具体的な標的準位を決定する。また、リドベルグ励起子アレイの生成に関して、ダイヤモンド中の励起子に対する歪みポテンシャル変調の計算を進める。特に、合成ダイヤモンド中の線欠陥の周りに生じる歪みがもたらす空間不均一な勾配力による励起子移流について詳しく検討する。得られた成果について国内外で学会発表を行うとともに論文執筆を進める。
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