ナノ構造半導体の高次高調波発生と強電場非線形光学の開拓

• Project/Area Number: 18H03682
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 金光 義彦 京都大学, 化学研究所, 教授 (30185954)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣理 英基 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00512469)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥44,590,000 (Direct Cost: ¥34,300,000、Indirect Cost: ¥10,290,000); Fiscal Year 2019: ¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000); Fiscal Year 2018: ¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000)
• Keywords: 非線形光学 / 高次高調波発生 / 強電場光学 / 半導体 / 半導体ナノ構造 / ナノ構造 / 高強度テラヘルツ / ペロブスカイト半導体 / 単原子層半導体 / ナノ構造半導体

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ナノメートルスケールの構造をもつ半導体ナノ粒子や単原子層物質において顕在化する特異な電子状態や電子間の強いクーロン相互作用に起因した高次高調波発生を探索し、バルク結晶との比較によりナノ構造固有の高調波発生メカニズムを理解することを目的としている。これまでは、単色のレーザーパルスによる高調波発生の実験が主に行われきた。その結果から、高強度電場によって励起されたキャリアの加速運動によって発生した非線形電流が高調波の重要な発生源であると考えられている。昨年度では、層状化合物半導体において、異なる波長の光励起によって発生する高次高調波を観測した。高調波の発生効率の強度依存性は、従来の非線形感受率では説明できない異方性を持つことが分かった。そこで、この観測結果を説明するために、試料のバンド構造を考慮した数理モデルを構築して、励起光によって発生する非線形電流とそれに伴う高次高調波を計算した。モデル計算は実験結果をよく再現し、光電場による電子の運動操作と、高次高調波の発生効率の制御が可能であることを示した。また、近年高効率な太陽電池や発光ダイオードなどの新しい光電変換材料として注目される有機無機ハイブリッドハロゲン化鉛ペロブスカイト半導体の高調波発生の機構についての解析を進めた。特に、実験と理論計算との比較から、高調波発生効率の角度依存性が、光電場で駆動されるキャリア運動ではなく非線形吸収の異方性によって決定されることを明らかにした。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High-order harmonic generation from hybrid organic-inorganic perovskite thin films (2019)
  • Author(s): Hirori Hideki、Xia Peiyu、Shinohara Yasushi、Otobe Tomohito、Sanari Yasuyuki、Tahara Hirokazu、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Ishikawa Kenichi L.、Aharen Tomoko、Ozaki Masashi、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
  • Journal Title: APL Materials Volume: 7 Issue: 4 Pages: 041107-041107
  • DOI: 10.1063/1.5090935
  • NAID: 120006712768
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] High-order harmonic generation from hybrid lead halide perovskites (2019)
  • Author(s): H. Hirori, P. Xia, Y. Shinohara, T. Otobe, Y. Sanari, H. Tahara, N. Ishi, J. Itatani, K. Ishikawa, T. Aharen, M. Ozaki, A. Wakamiya, and Y. Kanemitsu
  • Organizer: APS March Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GaSeにおける和周波発生過程を用いた高次高調波の波長変換機構 (2019)
  • Author(s): 佐成晏之, 乙部智仁, 金光義彦, 廣理英基
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会
• [Presentation] ハロゲン化金属ペロブスカイトからの高次高調波の観測と発生機構 (2019)
  • Author(s): 廣理英基, 夏沛宇, 篠原康, 乙部智仁, 佐成晏之, 田原弘量, 石井順久, 板谷治郎, 石川顕一, 阿波連知子, 尾崎雅司, 若宮淳志, 金光義彦
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会
• [Remarks] 金光研究室のホームページ
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~opt-nano/index.html
• [Remarks] 京都大学化学研究所 金光研究室ホームページ
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~opt-nano/