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光をツールとする固体電子および電子・フォノン結合系の量子駆動理論

研究課題

研究課題/領域番号 16K05396
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅰ
研究機関東京工業大学

研究代表者

萱沼 洋輔  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任教授 (80124569)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード量子経路干渉 / 位相ロック2連パルス / コヒーレントフォノン / コヒーレント制御 / 2連パルス励起 / 動的局在 / 量子ゼノン効果 / 位相ロック2連パルス / 電子位相干渉 / 量子遷移経路干渉 / 電子フォノン結合系 / 量子駆動 / バンド形状改変
研究成果の概要

さまざまな物質におけるコヒーレントフォノンの生成・観測過程について理論研究を行った。とくにn型GaAs単結晶において相対位相ロック2連パルス励起法で測定された、フォノン振動強度の遅延時間依存性に見られる電子状態由来の干渉縞とフォノン由来の干渉縞のパターンが、同一の終状態に至る二つの量子遷移経路間の干渉(干渉縞同志の干渉)に起因するものであることを示した。さらに、その特異な形状からGaAs結晶においては、バンド端より上の励起エネルギーにも関わらずコヒーレントフォノン生成機構としては、これまで考えられてきた瞬間的光吸収ではなく、瞬間的誘導ラマン過程が支配的であることを初めて明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

未来の量子情報処理媒体として、固体結晶中の素励起(量子力学的な基本単位となる物質中の励起のこと。電子励起、フォノン励起など)が候補とされている。これらの素励起を超高速で操る手段としては超短パルスレーザーが有力視されるが、光は電子励起を介してフォノンを励起するため、結合した素励起間の光照射下での振る舞いの解明が基本的な課題となる。量子力学では状態に付随した「位相」の存在が本質的に重要である。本研究では、「絡み合った」素励起間の位相干渉効果が、どのように素励起の生成・消滅を支配しているかを理論的に解き明かしている。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Ultrafast quantum-path interferometry revealing the generation process of coherent phonons2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Kazutaka G.、Yokota Kensuke、Okuda Yuki、Kase Rintaro、Kitashima Takashi、Mishima Yu、Shikano Yutaka、Kayanuma Yosuke
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 18

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.180301

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coherent Control Theory and Experiment of Optical Phonons in Diamond2018

    • 著者名/発表者名
      H. Sasaki, R. Tanaka, Y. Okano, F. Minami, Y. Kayanuma, Y. Shikano, K. G. Nakamura
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-27734-1

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamical Jahn-Teller view point for generation mechanism of asymmetry modes of coherent phonons2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Kayanuma and Kazutaka G. Nakamura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 95 号: 10 ページ: 104302-104302

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.104302

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bandgap Modulation in Photoexcited Topological Insulator Bi2Te3 via Atomic Displacements2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Hada, Katsura Norimatsu, Sei'ichi Tanaka, Sercan Keskin, Tetsuya Tsuruta, Kyushiro Igarashi, Tadahiko Ishikawa, Yosuke Kayanuma, R. J. Dwayne Miller, Ken Onda, Takao Sasagawa, Shin-ya Koshihara, Kazutaka G. Nakamura
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 145 号: 2 ページ: 024504-024504

    • DOI

      10.1063/1.4955188

    • NAID

      120006582527

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spectrally resolved detection in transient-reflectivity measurements of coherent optical phonons in diamond2016

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka G. Nakamura,Kazuma Ohya,Hiroshi Takahashi,Tetsuya Tsuruta,Hiroya Sasaki, Shin-ichi Uozumi, Katsura Norimatsu, Masahiro Kitajima, Yutaka Shikano, and Yosuke Kayanuma
    • 雑誌名

      Phys. Rev.B

      巻: 94 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.024303

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Attosecond Quantum-Path Interferometry for Electron-Phonon Coupled States in GaAs2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma and K. G. Nakamura
    • 学会等名
      International Workshop on Hybrid Quantum Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子経路干渉分光法における誘導ラマン散乱強度の飽和効果2019

    • 著者名/発表者名
      萱沼 洋輔、松本 啓、 中村 一隆
    • 学会等名
      日本物理学会 2019秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 超格子GaAs/AlAsにおける電子フォノン結合系の量子コヒーレンス計測2019

    • 著者名/発表者名
      三島 遊, 北島 誉士, 松本 啓, 南 不二雄, 萱沼 洋輔, 中村 一隆
    • 学会等名
      日本応用物理学会 2019春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 強いパルスレーザー場によって駆動される電子応答の計算手法とその応用2019

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子エレベータモデルにおける干渉効果と電子の局在性2019

    • 著者名/発表者名
      相川和磨,  野場賢一,  萱沼洋輔
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Ultrafast Quantum-Path Interferometry by Phase-Locked Dual-Pulse Pumping in n-GaAs2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma and K. G. Nakamura
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials (EXCON2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual-Pulse Quantum Path Interference Reveals the Generation Dynamics of Coherent Phonons2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma
    • 学会等名
      The 9th Shanghai-Tokyo Advanced Research Symposium on Ultrafast Laser Science (STAR9)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin-Twisted Ring Current Driven by Berry Phase2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma
    • 学会等名
      The 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Path Interference by Dual-Pulse Pumping reveals the Generation Dynamics of Phonons in Solids2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma and K. G. Nakamura
    • 学会等名
      International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intense-Field Stabilization in the Quantum Elevator Model2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma
    • 学会等名
      International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SU(2),q-変形SU(2)模型による外場中Bloch電子のシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 位相ロック2連パルス励起で見たコヒーレントフォノン生成の新しい描像2018

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔、中村一隆
    • 学会等名
      2018年春の物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] コヒーレントフォノンのコヒーレント制御に関する理論2018

    • 著者名/発表者名
      鹿野豊、佐々木寛弥、田中利歩、岡野泰彬、南不二雄、萱沼洋輔、中村一隆
    • 学会等名
      2018年春の応用物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Attosecond Coherent Control of Electron-Phonon Coupled System with Optical Dual Pumping2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma and K. G. Nakamura
    • 学会等名
      8th Shanghai Tokyo Advanced Research Symposium on Ultrafast Intense Laser
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sub-Femtosecond Coherent Control of Electron-Phonon Coupled State in GaAs by Phase-Locked Dual Pulse2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma and K. G. Nakamura
    • 学会等名
      CLEO-PR2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アト秒制御2連パルスによるコヒーレントフォノン生成における量子遷移経路干渉2017

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔、奥田悠貴、加瀬麟太郎、中村一隆
    • 学会等名
      2017年秋の物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的局在と量子ゼノン効果:二つの局在2017

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔、山根秀勝、田中智
    • 学会等名
      2017年秋の物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] アト秒制御2連パルスを用いた複合量子系のコヒーレント制御2017

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔
    • 学会等名
      第4回複合量子系の結合・干渉ダイナミクス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 固体における硬X線光電子分光と電子の局在2017

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔
    • 学会等名
      第 12回 次世代先端光科学研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] GaAs単結晶における電子フォノン結合系のフェムト秒時間領域干渉計測2017

    • 著者名/発表者名
      北島誉士,萱沼洋輔, 奥田悠貴,加瀬麟太郎,三島遊,鹿野豊,南不二雄,
    • 学会等名
      第28回光物性研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的過程における量子経路干渉2017

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔
    • 学会等名
      弱値・弱測定、エンタングルメント、量子コヒーレンスの新地平
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的ヤーンテラー描像による非対称モードコヒーレントフォノンの生成機構2017

    • 著者名/発表者名
      萱沼洋輔、中村一隆
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Ultrafast write-and-read process of quantum coherence for electron-phonon coupled system in solids2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kayanuma and K. G. Nakamura
    • 学会等名
      15th International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science
    • 発表場所
      Casis Convention Center, Casis, France
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バンドモデルにもとづく電子フォノン結合系のコヒーレント制御理論2016

    • 著者名/発表者名
      後藤賢一、萱沼洋輔、中村一隆
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 東工大ニュース 超短パルス光を用い固体中の量子経路干渉を観測

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2019/044341.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] EurekAlert

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2019/044341.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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