Observation of pure spin current using polarization and phase control of terahertz waves
| Project/Area Number |
19KK0346
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 宙陛 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (60724127)
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| Project Period (FY) |
2020 – 2022
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
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| Keywords | フェムト秒レーザー / 位相制御 / 偏光制御 / 半導体 / スピントロニクス / 超高速光科学 / ベクトル波形整形 |
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| Outline of Research at the Start |
電子スピンの自由度を用いたスピントロニクスは、従来の電荷を利用したエレクトロニクスに対して高集積化、省電力化で優れている。トポロジカル絶縁体はスピントロニクス材料として注目されているが、いまだ純粋なスピン流の生成、観測は実現していない。近年台湾は自国の技術力の向上に国を挙げて取り組んでおり、半導体およびトポロジカル絶縁体などを用いた電子デバイスの開発が盛んである。一方日本においては高速光科学分野の需要が高まり、本研究室はテラヘルツ波の電場ベクトル制御に成功している。この技術を適応することで純粋なスピン流の生成と観測が可能となり、スピントロニクスの分野で大きく世界をリードすることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は基盤研究（C）課題番号18K03487を基課題とし、照射する光の位相と偏光状態を制御することによって固体中の伝導電子の位相とスピン状態を操作する究極的な光-キャリア制御を目指す試みである。この目的を設定したうえで、台湾国立交通大学および台湾国立成功大学における電子デバイス開発と東京農工大学におけるレーザー波形整形技術開発を相乗効果的に発展させる計画である。
対象物質となるトポロジカル絶縁体のバンド構造設計および光照射可能な試料構造設計を台湾国立成功大学で実施し、台湾国立交通大学のフェムト秒レーザー再生増幅器にて実施する光照射測定の結果から、レーザーパルスの波形整形パラメータ制御にフィードバックして最適化していく計画が練られていたが渡航することができなかった。そのため計画の遂行はオンラインベースと変更し各研究機関でそれぞれ開発を進めることとなった。議論を重ねたうえでトポロジカル絶縁体におけるスピン流の発生を発生させるだけでなく、観察もするための光パルスのポンプ-プローブ測定による時間分解計測技術を先に開発することにした。これを実現するため本研究グループの独自技術である偏光回転方向を制御したフェムト秒光パルスをダブルパルス化する方法を編み出し、さらにそれぞれ偏光回転方向、偏光回転周波数、時間間隔を２つのパルスで独立に自在に操作する手法を台湾国立交通大学と共同開発した。この研究成果は論文にて公開し、さらに台湾国内において特許申請中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
渡航ができないために台湾現地におけるデバイス開発と光照射実験の繰り返しによる双方向開発は実施できていないが、それぞれの研究機関での光測定技術の開発はおおむね順調に進展しオンラインベースで成果をまとめることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
日本政府、台湾政府、および各研究機関における渡航制限が解かれれば直ちに現地に赴き開発と測定を開始する予定である。それまでは各研究機関にて、東京農工大学および台湾国立交通大学においては波形整形技術と光測定技術の開発、台湾国立交通大学においてはトポロジカル絶縁体試料の開発を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
