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円偏光テラヘルツ波を用いた材料評価

Research Project

Project/Area Number 17J04949
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

森本 智英  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsテラヘルツ / 半導体 / 磁気光学分光 / 固体電解質
Outline of Annual Research Achievements

申請者はこれまで円偏光テラヘルツ電場に対する光学伝導度スペクトルを直接観測する新しいテラヘルツ磁気光学分光法を用いて、半導体中の伝導キャリア、光伝導キャリアについて調べてきた。しかし、ヘビーキャリアについては、偏光回転が小さすぎるため、これまでの測定では精度が不十分であった。そこで本年度は、これまでの円偏光テラヘルツ磁気光学分光法と磁場変調分光法を組み合わせ、装置の高精度化にあたった。
実験には直線偏光のTHz 光源と検出器、偏光ビームスプリッタとフレネルロムを用いた。反射光学測定系で、反射光の電場E(t)と試料に印加する磁場を反転させた際の変調信号ΔE(t)=E(+B)-E(-B)を測定する。この配置の測定量は円偏光に対する複素反射率である。ここで試料を透過/反射した光の円偏光の向きと印加磁場の向きの対応関係を考慮すると、ΔE<<Eでは ΔE/2E=η+iθと書き表せる。したがって一般的な時間領域反射分光の配置で高速磁場変調を行うだけで、微小な楕円偏向角ηと偏光回転θを直接評価できる。また、磁場変調を行うために、B=±0.5 Tのネオジム磁石4個を埋め込んだ円板をDCブラシレスモーターで回転させた。600 rpmで回転させることで、実質的に20 Hzの磁場変調が可能である。
結果としてmradの精度が得られた。この測定のSN比はTHz時間領域分光のSNで決まり、ダイナミックレンジの向上でさらなる高分解能測定が可能である。
上記の実験と並行して、テラヘルツ波を用いた固体電解質のイオン伝導評価も行った。固体電解質は燃料電池等に用いられる。申請者は固体電解質をテラヘルツ分光で測定することで、従来の手法では得られない、イオンのミクロな伝導に関する情報を初めて抽出した。本成果によって、イオン伝導のさらなる解明や、より高性能な固体電解質の開発が期待される。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2018 2017

All Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Presentation] テラヘルツ時間領域分光を用いた燃料電池材料のイオン伝導評価2018

    • Author(s)
      森本智英, 永井 正也, 蓑輪 陽介, 芦田 昌明, 横谷 洋一郎, 奥山 勇治, 可児 幸宗
    • Organizer
      電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] テラヘルツ分光による固体酸化物イオン伝導体のミクロポテンシャル評価法の確立2018

    • Author(s)
      森本智英, 永井 正也, 芦田 昌明
    • Organizer
      第44回 固体イオニクス討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Picoseconds ion motions in materials for solid oxide fuel cell2018

    • Author(s)
      Tomohide Morimoto, Masaya Nagai, Masaaki Ashida, Yoichiro Yokotani, Yuji Okuyama, and Yukimune Kani
    • Organizer
      43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microscopic potential revealed by Terahertz-time-domain-spectroscopy in solid electrolytes2018

    • Author(s)
      Tomohide Morimoto
    • Organizer
      2nd Joint Symposium on Material Research -Deserve Aspects of Future Chemistry-
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magneto-THz spectroscopy of the photoexcited semiconductor2017

    • Author(s)
      T. Morimoto, M. Nagai, and M. Ashida
    • Organizer
      OTST 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 波長板を用いたTHzホール測定2017

    • Author(s)
      森本智英、永井 正也、芦田 昌明
    • Organizer
      レーザ・量子エレクトロニクス研究会 (LQE)5月研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] テラヘルツ時間領域分光による酸化物イオン伝導成分の検出2017

    • Author(s)
      森本智英、永井正也、芦田昌明、横谷洋一郎、可児幸宗
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] テラヘルツ時間領域分光を用いた酸化物イオン伝導体における イオン伝導度測定2017

    • Author(s)
      森本智英、永井正也、芦田昌明、横谷洋一郎、可児 幸宗
    • Organizer
      第43回 固体イオニクス討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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