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2013 Fiscal Year Research-status Report

カーボンナノチューブにおけるコヒーレント電子励起状態の生成と制御

Research Project

Project/Area Number 25800177
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

片山 郁文  横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (80432532)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywordsカーボンナノチューブ / 超高速分光 / コヒーレント制御 / コヒーレントフォノン / イオン液体
Research Abstract

本研究は5fs以下のパルス幅を持つレーザーを用いて、カーボンナノチューブの電子状態をコヒーレントに励起し、その緩和時間など、コヒーレントなダイナミクスを計測することを目指したものである。そのために、平成25年度は、炭素系材料のコヒーレント電子状態を作成するための光パルス成型技術の構築と、カーボンナノチューブの超高速コヒーレントフォノン分光測定を行った。
まず、光パルス成型技術に関しては、空間位相変調器を用いたサブ5fsレーザーパルスの波形整形を行い、パルス列など、これまでに実現が難しかった励起パルスを作成することに成功した。また、同じレーザーを用いて20 fsのパルス幅の確認と、それを用いたビスマスのコヒーレントフォノン計測に成功した。このパルス幅はスペクトル幅から予想される最短パルス幅(5fs)よりも非常に長いので、今後は、系の調整を行い、最短パルス幅を得たうえで、カーボンナノチューブの電子状態制御を目指す。
コヒーレントフォノン分光測定においては、イオン液体にカーボンナノチューブを浸して、電圧を印加することによって、電子状態を大きく変調し、それによって、コヒーレントフォノンがどのように変化するかを測定した。その結果、電子格子相互作用の強いいくつかのフォノンモードが振幅、周波数、位相を大きく変えることを見出した。この結果は、カーボン系の電子格子相互作用のダイナミクスを理解するうえで非常に重要である。また、これらのフォノンモードの周波数が時間的に変化していくことも同時に見出した。また、プローブ光のスペクトルを分解することで、共鳴の寄与など電子格子相互作用を詳細に議論できることを見出した。これらの成果は本年度に論文にまとめ、国際学会などでも発表する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電子状態のコヒーレント制御に向けた、波形整形技術の構築が行え、後は調整によって時間分解能を上げていくのみとなっている。このことは、サブ5fsレーザーを用いた電子状態制御技術の構築に一歩近づいたことを意味している。また、これまでの継続でサブ10fsレーザーを用いたコヒーレントフォノンの研究では、新しい興味深い研究結果が表れてきており、こちらはかなり順調に進展していると思われる。よって上記の評価とした。

Strategy for Future Research Activity

今後は、構築した波形整形技術を用いて、カーボンナノチューブの電子状態制御に向けた研究を行っていく。そのためには、現状で時間分解能20fsしか得られていない部分を系の調整によって改善し、ポンププローブ分光法へと応用していく必要がある。また、より短パルスのパルス幅を実現するために、非線形ファイバーや、光第二高調波発生などの非線形過程を通して、どのような条件を用いれば効率的に短パルスを実現できるかを明らかにしていく予定である。さらに、これを用いた超高速分校法を行い、超広帯域、超高時間分解能の実験を行う。これらを通して電子状態のコヒーレント振動を観測することを目指す。

  • Research Products

    (42 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (30 results) (of which Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Ultra-broadband IR and THz generation and detection with ultrashort pulses2014

    • Author(s)
      M. Ashida, E. Matsubara and I. Katayama
    • Journal Title

      Proc. SPIE 8964, Nonlinear Frequency Generation and Conversion: Materials, Devices, and Applications XIII

      Volume: 8964 Pages: 896409:1-15

    • DOI

      doi: 10.1117/12.2042829

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coherent Phonon and Surface-Enhanced Raman Scattering Dynamics in Solids2014

    • Author(s)
      J. Takeda, I. Katayama, K. Shudo and M. Kitajima
    • Journal Title

      J. Lumin.

      Volume: 152 Pages: 23-27

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2014.01.058

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] マッハツェンダ変調器型光コム発生器および断熱ソリトン圧縮を用いた80fsパルス発生2014

    • Author(s)
      千葉優、諸橋功、坂本高秀、片山郁文、関根徳彦、川西哲也、寳迫巌
    • Journal Title

      電子情報通信学会和文誌C

      Volume: 197-C Pages: 233-234

  • [Journal Article] Intermolecular THz Vibrations Relevant to Optically and Thermally Induced Magnetic Phase Transitions in the Strongly Correlated Organic Radical TTTA2013

    • Author(s)
      T. Kawano, I. Katayama, J. Ohara, M. Ashida and J. Takeda
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 83 Pages: 014713: 1-6

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.014713

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Broadband Pump-Probe Imaging Spectroscopy Applicable to Ultrafast Single-Shot Events2013

    • Author(s)
      Y. Minami, M. Yamaki, I. Katayama and J. Takeda
    • Journal Title

      Appl. Phys. Exp.

      Volume: 7 Pages: 022402: 1-3

    • DOI

      doi:10.7567/APEX.7.022402

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric Field Detection of Phase-Locked Near-Infrared Pulses Using Photoconductive Antenna2013

    • Author(s)
      I. Katayama, R. Akai, M. Bito, E. Matsubara, and M. Ashida
    • Journal Title

      Opt. Exp.

      Volume: 21 Pages: 16248-16254

    • DOI

      10.1364/OE.21.016248

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Shot Measurement of a Terahertz Electric-Field Waveform Using a Reflective Echelon Mirror2013

    • Author(s)
      Y. Minami, Y. Hayashi, J. Takeda and I. Katayama
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 103 Pages: 051103: 1-4

    • DOI

      10.1063/1.4817011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coherent Nanoscale Optical-Phonon Wavepacket in Graphene Layers2013

    • Author(s)
      I. Katayama, K. Sato, S. Koga, J. Takeda, S. Hishita, H. Fukidome, M. Suemitsu and M. Kitajima
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 88 Pages: 245406: 1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.245406

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electron-Phonon Coupling and Defect Scatterings in Ar+-ion Implanted Graphite2013

    • Author(s)
      I. Katayama, S. Koga, J. Takeda, S. Hishita, D. Fujita and M. Kitajima
    • Journal Title

      J. Cer. Soc. Jpn.

      Volume: 121 Pages: 291-294

    • DOI

      DOI:10.2109/jcersj2.121.291

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ultrafast Measurements of Vibrations on Defective MoS2 Surface2013

    • Author(s)
      M. Moriyama, N. Sugiyama, K. Shudo, I. Katayama, M. Kitajima and J. Takeda
    • Organizer
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • Place of Presentation
      つくば
    • Year and Date
      20131104-20131108
  • [Presentation] Coherent Phonon and Surface-Enhanced Raman Scattering Dynamics in Solids2013

    • Author(s)
      J. Takeda, I. Katayama, K. Shudo and M. Kitajima
    • Organizer
      18th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
    • Place of Presentation
      Fuzhou, China
    • Year and Date
      20130804-20130809
    • Invited
  • [Presentation] Single-shot Terahertz Spectrometer Using an Echelon Mirror and Air Plasma2013

    • Author(s)
      I. Katayama, Y. Hayashi, K. Masuda, Y. Minami, and J. Takeda
    • Organizer
      The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130630-20130704
  • [Presentation] Broadband THz Time-Domain Spectroscopy of Halogen-Bridged Platinum Complexes2013

    • Author(s)
      T. Ohshima, Y. Minami, I. Katayama and J. Takeda
    • Organizer
      The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130630-20130704
  • [Presentation] Ultrafast Dynamics of the Interlayer Shearing Mode in Au Graphite Nanostructures2013

    • Author(s)
      M. F. Avila-Ortega, I. Katayama, Y. Minami, J. Takeda and M. Kitajima
    • Organizer
      The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130630-20130704
  • [Presentation] Near-Infrared Time-Domain Spectroscopy using Broadband Phase-locked Electromagnetic Pulses2013

    • Author(s)
      I. Katayama, M. Bito and E. Matsubara and M. Ashida
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics
    • Place of Presentation
      サンノゼ、アメリカ
    • Year and Date
      20130609-20130614
  • [Presentation] Single-Shot Observation of THz Field with a Reflective Echelon Mirror2013

    • Author(s)
      Y. Minami, Y. Hayashi, J. Takeda and I. Katayama
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics
    • Place of Presentation
      サンノゼ、アメリカ
    • Year and Date
      20130609-20130614
  • [Presentation] Control of Phonon Polariton Propagation in LiNbO3 Single Crystals2013

    • Author(s)
      I. Katayama, Y. Ikegaya, Y. Minami and J. Takeda
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics
    • Place of Presentation
      サンノゼ、アメリカ
    • Year and Date
      20130609-20130614
  • [Presentation] Resonant Enhancement of Coherent High-Order Phonons in Single-Walled Carbon Nanotubes2013

    • Author(s)
      K. Sato, I. Katayama, K. Tahara, Y. Minami, J. Takeda, K. Yanagi and M. Kitajima
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics
    • Place of Presentation
      サンノゼ、アメリカ
    • Year and Date
      20130609-20130614
  • [Presentation] E-mode Phonon-Polariton Dispersion in LiNbO3 Probed via Frequency-Resolved Coherent Phonon Spectroscopy2013

    • Author(s)
      T. Takizawa, I. Katayama, Y. Minami, M. Kitajima, and J. Takeda
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics
    • Place of Presentation
      サンノゼ、アメリカ
    • Year and Date
      20130609-20130614
  • [Presentation] Nanoscale and Femtosecond Phonon Dynamics Observed with Surface Enhanced Raman Scattering2013

    • Author(s)
      I. Katayama, K. Shudo, J. Takeda, and M. Kitajima
    • Organizer
      Ultrafast Surface Dynamics 2013
    • Place of Presentation
      Estes park, Colorado, USA
    • Year and Date
      20130609-20130614
    • Invited
  • [Presentation] Single-Shot Time-Frequency Mapping of Coherently Controlled Phonon-Polariton Propagations in Ferroelectric LiNbO32013

    • Author(s)
      J. Takeda, Y. Ikegaya, H. Sakaibara, Y. Minami and I. Katayama
    • Organizer
      International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130401-20130405
  • [Presentation] Observation of the asymmetric stretch mode in PtX with a broad-band THz Spectroscopy2013

    • Author(s)
      Y. Minami, T. Ohshima, I. Katayama, and J. Takeda
    • Organizer
      International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130401-20130405
  • [Presentation] Single-shot Detection of Terahertz Electric-Field Waveform Generated Using a Grating-coupled LiNbO3 Single Crystal2013

    • Author(s)
      I. Katayama, Y. Hayashi, Y. Minami and J. Takeda
    • Organizer
      International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130401-20130405
  • [Presentation] Ultra-broadband IR and THz generation and detection with ultrashort pulses

    • Author(s)
      M. Ashida, E. Matsubara and I. Katayama
    • Organizer
      Photonics West 2014
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Invited
  • [Presentation] Direct Measurement of THz Comb Signals Using a Subharmonic Mixer in the 600 GHz-Band

    • Author(s)
      Isao Morohashi, Ikufumi Katayama, Yoshihisa Irimajiri, Masaya Nagai, Yu Chiba, Masaaki Ashida, Norihiko Sekine, and Iwao Hosako
    • Organizer
      4th EOS Topical Meeting on Terahertz Science & Technology
    • Place of Presentation
      カモーリ、イタリア
    • Invited
  • [Presentation] 5 fs超短パルスレーザーを用いたテラヘルツ電磁波の周波数コム検出

    • Author(s)
      片山郁文、千葉優、永井正也、芦田昌明、諸橋功、入交芳久、関根徳彦、寳迫巌
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      相模原市
  • [Presentation] 600GHz帯サブハーモニックミキサを用いたテラヘルツ波帯周波数コムの観測

    • Author(s)
      諸橋功、片山郁文、入交芳久、永井正也、千葉優、芦田昌明、関根徳彦、寶迫巌
    • Organizer
      マイクロ波フォトニクス研究会
    • Place of Presentation
      京都市
  • [Presentation] GeSbTeにおける光誘起相変化のシングルショット実時間イメージング

    • Author(s)
      大庭航、片山郁文、南康夫、斎木敏治、武田淳
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島市
  • [Presentation] 反射型エシェロンを用いた強誘電体LiNbO3フォノンポラリトンの時間領域二次元ラマン分光

    • Author(s)
      片山郁文、塩沢優、池谷優樹、南康夫、武田淳
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島市
  • [Presentation] 高強度テラヘルツ波による半金属薄膜内キャリアの非線形ダイナミクス

    • Author(s)
      南康夫、荒木光太郎、Thang Duy Dao、長尾忠昭、武田淳、北島正弘、片山郁文
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島市
  • [Presentation] カーボンナノチューブにおける高周波コヒーレントフォノンのフェルミエネルギー依存性

    • Author(s)
      佐藤健次、田原佳祐、片山郁文、南康夫、武田淳、柳和宏、北島正弘
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島市
  • [Presentation] THz時間領域分光法を用いた半金属ビスマスの非線形応答

    • Author(s)
      荒木光太郎、南康夫、Duy Thang Dao、長尾忠昭、武田淳、北島正弘、片山郁文
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      京田辺市
  • [Presentation] 高強度 THz 波を用いた金微細構造における非線形光学応答

    • Author(s)
      吉岡克将、南康夫、Thang Duy Dao、長尾忠昭、首藤健一、武田淳、北島正弘、片山郁文
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      相模原市
  • [Presentation] THz波による半金属ビスマスの光励起キャリアダイナミクス計測

    • Author(s)
      南康夫、ThangDuyDao、長尾忠昭、武田淳、北島正弘、片山郁文
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      相模原市
  • [Presentation] コヒーレントフォノン・テラヘルツ分光によるフォノンダイナミクスの研究

    • Author(s)
      片山郁文
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      平塚市
    • Invited
  • [Presentation] 金属型カーボンナノチューブにおける高周波コヒーレントフォノンの共鳴効果

    • Author(s)
      佐藤健次、田原佳祐、片山郁文、南康夫、武田淳、柳和宏、北島正弘
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      平塚市
  • [Presentation] 反射型エシェロンを用いた強誘電体LiNbO3フォノンポラリトンの時間領域二次元ラマン分光II

    • Author(s)
      塩沢優,池谷優樹,南康夫,片山郁文,武田淳
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      平塚市
  • [Presentation] マッハツェンダ変調器型光コム発生器およびソリトン圧縮を用いた超短光パルス発生と繰返し周波数可変特性

    • Author(s)
      千葉優、諸橋功、坂本高秀、片山郁文、関根徳彦、川西哲也、寳迫巌
    • Organizer
      マイクロ波フォトニクス研究会
    • Place of Presentation
      京都市
  • [Presentation] 変調器ベース光コム発生器を用いた広帯域光コム発生と高周波数精度テラヘルツ波発生への応用

    • Author(s)
      諸橋功、入交芳久、熊谷基弘、坂本高秀、関根徳彦、川西哲也、落合啓、寶迫巌
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      新潟市
  • [Book] “Broadband Terahertz Spectroscopy of Thin Films”, in K. Shudo, I. Katayama, S. Ohno eds., Frontiers in Optical Methods: Springer Series in Optical Sciences2013

    • Author(s)
      I. Katayama, M. Ashida
    • Total Pages
      18
    • Publisher
      Springer
  • [Remarks] 若手奨励賞受賞に関する発表が所属機関HPに掲載された

    • URL

      http://www.ynu.ac.jp/hus/engk2/11413/detail.html

  • [Remarks] 論文発表などを研究室HPにおいて随時公開

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/

URL: 

Published: 2015-05-28  

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