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THz Control of Floquet Topological Insulator in Massless Dirac Fermions

Research Project

Project/Area Number 18H01905
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

山下 将嗣  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (10360661)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2018: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Keywordsテラヘルツ電磁波 / ディラック電子系 / トポロジー / フロッケ理論 / グラフェン / 高強度テラヘルツ光 / 高次高調波発生 / 高強度テラヘルツ / フロッケ状態
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、高強度円偏光テラヘルツ光を用いたディラック電子系のトポロジー制御技術の開発を目的としている。高強度円偏光をディラック電子系に照射することにより、ディラック点においてエネルギーギャップが生成され、ベリー曲率が誘起されることから、光誘起ホール効果の発現など量子物性制御技術への応用が期待されている。この円偏光照射影響は電場強度(E)ではなくベクトルポテンシャル(E/ω)に打ち合わせ依存することから、可視光よりも周波数の低いテラヘルツ光を用いた場合、低電場強度で巨大な効果が得られる可能性がある。一方で、共鳴・低周波領域の振舞いは理論的にも十分理解が進んでいないため、実験的に明らかにする必要がある。
本年度は、高強度円偏光テラヘルツ光照射光学系と中赤外光励起による高次高調波発生光学系を組合わせて実験系の構築を行った。円偏光照射よるグラフェンディラック電子系のトポロジーが変化し、発生させた高次高調波スペクトルが変化することを確認した。さらに、円偏光の強度や波長を変化させ、発生した高次高調波の偏光スペクトルを詳細に測定した。ディラック近似と光誘起ベリー曲率効果を考慮して、グラフェンからの高次高調波偏光スペクトルを計算し、観測した実験結果との比較を行った。その結果、高強度THz光によって誘起された非平衡光キャリア分布がテラヘルツ光によるディラック電子系のトポロジー制御に影響を及ぼすことを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

順調に進んでいる

Strategy for Future Research Activity

今後は、グラフェンゲートデバイス試料に用い、ゲート電圧によってフェルミエネルギーを制御することにより、フェルミエネルギー依存性を測定する。フェルミエネルギーをディラック点に制御することとにより、電子相関効果が大きくなることが知られており、非自明な光誘起トポロジー相における電子相関効果を実験的に検証する。。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(11 results)

All 2022 2021 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Intrinsic and extrinsic effects on intraband optical conductivity of hot carriers in photoexcited graphene2021

    • Author(s)
      Masatsugu Yamashita and Chiko Otani
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW RESEARCH

      Volume: 3 Pages: 013150-013150

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013150

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hot carrier dynamics and electron-optical phonon coupling in photoexcited graphene via time-resolved ultrabroadband terahertz spectroscopy2021

    • Author(s)
      Sho Ikeda, Chiko Otani, and Masatsugu Yamashita
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW RESEARCH

      Volume: 3 Pages: 043143-043143

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.043143

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Hot carrier dynamics and electron-phonon coupling in photoexcited graphene investigated by time-resolved terahertz spectroscopy2022

    • Author(s)
      Masatsugu Yamashita, Sho Ikeda, Chiko Otani
    • Organizer
      第9回「光量子工学研究」ーエクストリームフォトニクスが拓く未来の光科学ー
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解THz分光による グラフェン電子フォノン結合定数の評価2022

    • Author(s)
      山下将嗣, 池田翔, 大谷知行
    • Organizer
      第69回応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Hot carrier dynamics and electron-optical phonon coupling studied by time resolved THz spectroscopy2021

    • Author(s)
      Masatsugu Yamashita, Sho Ikeda, Chiko Otani
    • Organizer
      9th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optical Generation of High-power Terahertz Pulses for Tunable Wave Source2018

    • Author(s)
      吉峯功 山下将嗣 保科宏道 齊藤美紀子 南出泰亜 大谷知行
    • Organizer
      2018 43rd International Conference on Infrared, Millieter and Terahertz Waves
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Polarization and frequency control of terahertz pulse emission via nonlinear optical effect2018

    • Author(s)
      吉峯功 山下将嗣 保科宏道 齋藤美紀子 南出泰亜 大谷知行
    • Organizer
      理研シンポジウム 第6回「光量子工学研究」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Floquet topological phase transition by high power terahertz wave2018

    • Author(s)
      山下将嗣 吉峯功 大谷知行
    • Organizer
      理研シンポジウム 第6回「光量子工学研究」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 光パルスを用いた高強度テラヘルツ波発生における偏光・周波数制御2018

    • Author(s)
      吉峯功 山下将嗣 保科宏道 齋藤美紀子 南出泰亜 大谷知行
    • Organizer
      シンポジウム「テラヘルツ科学の最先端V」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Optical terahertz emission for waveform shaping of high-power terahertz pulses2018

    • Author(s)
      吉峯功 山下将嗣 保科宏道 齋藤美紀子 南出泰亜 大谷知行
    • Organizer
      The 19th EA Sub-mm-wave Receiver Technology Workshop and the 5th Riken-NICT Joint Workshop on Terahertz Technology
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機非線形結晶を用いた高強度テラヘルツ波発生とその偏光制御2018

    • Author(s)
      吉峯功 山下将嗣 保科宏道 齋藤美紀子 南出泰亜 大谷知行
    • Organizer
      電子デバイス研究会「ミリ波・テラヘルツ波デバイス・システム」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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