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2015 Fiscal Year Annual Research Report

低次元系における電子格子相互作用ダイナミクスの実験的解明

Publicly Offered Research

Project AreaScience of Atomic Layer Systems
Project/Area Number 26107517
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

片山 郁文  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80432532)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywordsカーボンナノチューブ / グラフェン / コヒーレントフォノン / 電子格子相互作用
Outline of Annual Research Achievements

グラフェンやカーボンナノチューブなど、原子層からなる物質の超高速応答は、これらの物質の物性を理解するうえで必須の、非常に重要な物理的性質であるといえる。本研究ではこのような超高速応答を明らかにするために、サブ10fsの超短パルスレーザーを用いてポンププローブ実験を行い、光励起キャリア、及びコヒーレントフォノンのダイナミクスを明らかにした。特にカーボンナノチューブ系では、励起フォノンの位相や、緩和過程が光励起波長や、フェルミ面の位置によって大きく変化することを見出し、これらが、理論的も理解できることをモデル計算によって示した。以下ではその概要を説明する。
まず、コヒーレントフォノン実験では、プローブ光を波長分解することによって、どの共鳴状態において、フォノンが観測されるかを明らかにした。その結果、フォノンの振幅は、特異点間の共鳴励起が起こる波長で大きくなることを明らかにした。また、観測されるフォノンの位相が、偏光測定に用いる波長板によって大きく変化することを見出した。具体的には、分極の実部もしくは虚部を見ることによって、観測されるフォノンピークがダブルピークからシングルピークに変化することを明らかにした。また、各ピークの位相を観測すると、過去の理論計算の初期位相と一致する事から、波長分解コヒーレントフォノン分光法が、フォノンの位相測定に有効であることを示した。
さらに、カーボンナノチューブにおいて、バイアス電圧を印加することにより、フェルミ面を制御すると、励起状態の緩和過程が大きく変化することを見出した。この緩和過程は励起状態のキャリアと、ディラック電子とがクーロン相互作用により散乱されることで起こっている可能性があることを、理論的な計算を通して明らかにした。これらの結果は、原子層物質のキャリア緩和を理解するうえで重要である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2015 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Terahertz Dielectric Response of Photoexcited Carriers in Si Revealed via Single-Shot Optical-Pump and Terahertz-Probe Spectroscopy2015

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

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 107 Pages: 171104: pp. 1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4934697

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Terahertz-Induced Acceleration of Massive Dirac Electrons in Semimetal Bismuth2015

    • Author(s)
      Y. Minami, K. Araki, T. D. Dao, T. Nagao, M. Kitajima, J. Takeda, and I. Katayama
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 5 Pages: 15870:pp. 1-6

    • DOI

      DOI: 10.1038/srep15870

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-Time Observation of Phonon-Polariton Dynamics in Ferroelectric LiNbO3 in Time-Frequency Space2015

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

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 107 Pages: 062901: pp. 1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4928480

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Ultrafast Time-Resolved Electron Diffraction Revealing the Nonthermal Dynamics of Near-UV Photoexcitation-Induced Amorphization in Ge2Sb2Te52015

    • Author(s)
      M. Hada, W. Oba, M. Kuwahara, I. Katayama, T. Saiki, J. Takeda, and K. G. Nakamura
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 5 Pages: 13530: pp. 1-9

    • DOI

      DOI: 10.1038/srep13530

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Time-Frequency Two-Dimensional Imaging Spectroscopy Using a Reflective Echelon Mirror2015

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

      Rev. Laser Eng.

      Volume: 43 Pages: 208-212

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] ナノカーボンのディラック電子=フォノン間相互作用ダイナミクス2015

    • Author(s)
      片山郁文、武田淳、北島正弘
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 70 Pages: 770-775

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Chirality Determination of Carbon Nanotube Solution Using Coherent Phonon Spectroscopy2015

    • Author(s)
      R-J. Xu, I. Katayama, Y. Minami, M. Kitajima, K. Yanagi, and J. Takeda
    • Organizer
      The 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Nagoya, Japan
    • Year and Date
      2015-06-29 – 2015-07-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamics of Coherent Phonons in Metallic Single-walled Carbon Nanotubes2015

    • Author(s)
      I. Katayama, K. Maekawa, K. Sato, Y. Minami, K. Yanagi, M. Kitajima, and J. Takeda
    • Organizer
      The 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Nagoya, Japan
    • Year and Date
      2015-06-29 – 2015-07-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic and Coherent-Phonon Resonances in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes2015

    • Author(s)
      I. Katayama, K. Sato, Y. Minami, M. Kitajima, K. Yanagi, and J. Takeda
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
    • Place of Presentation
      Lake Biwa, Japan
    • Year and Date
      2015-05-25 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Long-lived Photoexcited Carriers in Si Revealed via THz Single-shot Spectroscopy2015

    • Author(s)
      Y. Minami, K. Masuda, K. Horiuchi, M. Kitajima, J. Takeda, and I. Katayama
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
    • Place of Presentation
      Lake Biwa, Japan
    • Year and Date
      2015-05-25 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrafast Expansion of Vibronic Modes in Alkanthiol Chain Adsorbed on Silver Nano-particles2015

    • Author(s)
      K. Shudo, N.Sugiyama, I.Katayama, M. Kitajima, and J. Takeda
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
    • Place of Presentation
      Lake Biwa, Japan
    • Year and Date
      2015-05-25 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Terahertz Response of Long-lived Photoexcited Electrons in Silicon Observed Using Singleshot Terahertz Spectroscopy2015

    • Author(s)
      I. Katayama, K. Masuda, K. Horiuchi, Y. Minami, and J. Takeda
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2015)
    • Place of Presentation
      San Jose, USA
    • Year and Date
      2015-05-10 – 2015-05-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron Dynamics in a Gold Thin Film Accelerated via an Intense Terahertz Field2015

    • Author(s)
      Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
    • Organizer
      The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2015)
    • Place of Presentation
      San Jose, USA
    • Year and Date
      2015-05-10 – 2015-05-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Broadband Single-Shot Spectroscopy Applicable to Photoinduced Nonlinear Dynamics2015

    • Author(s)
      J. Takeda, Y. Minami and I. Katayama
    • Organizer
      Korea-Japan Joint Symposium on Semiconductor Physics and Nanophotonics
    • Place of Presentation
      Daejeon, Korea
    • Year and Date
      2015-04-22 – 2015-04-22
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 武田・片山・南研究室HP

    • URL

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

  • [Remarks] YNU研究拠点「光ナノ計測」

    • URL

      http://www.laser-nanoscience.ynu.ac.jp/ja/

URL: 

Published: 2017-01-06  

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