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複素誘電率の直接測定によるコヒーレントフォノン生成機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05410
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
研究機関分子科学研究所

研究代表者

岡野 泰彬  分子科学研究所, 技術課, 技術職員 (00393819)

研究分担者 鹿野 豊  慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特任准教授 (80634691)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードコヒーレントフォノン / 光物性 / 超短パルス光 / 誘電率 / 量子ダイナミクス
研究成果の概要

本研究は、コヒーレントフォノンの位相情報に着目し、これまでコヒーレントフォノン計測に用いられてきたフェムト秒過渡反射率測定法を拡張した新たな白色干渉法による位相差計測法の開発と、理論的に測定データを再構築することでコヒーレントフォノン生成過程を実験的に明らかにすることを目的とし研究を進めた。特に、瞬間的誘導ラマン過程によるコヒーレントフォノン生成および検出方法に関する理論の構築を進め、位相推定法の観点から理論と測定の対応関係を明らかにし、構築した理論モデルがフェムト秒光パルス対によるコヒーレントフォノンの位相および振幅の制御性を良く説明できることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

コヒーレントフォノンは、フォノンの振動周期よりも短い時間幅を持つ光パルスで励起することにより、振動のタイミングが揃ったフォノンの集団として形成される。物質の反射率・透過率などのマクロな物理量の変化としてフォノンダイナミクスを実験的に直接計測することができることから、半金属、半導体、超伝導物質など多くの物性研究に用いられてきた。本研究で用いた試料の一つであるダイヤモンドの光学フォノンは振動数が高く熱的な影響を受けにくいことから、近年、室温で動作する量子メモリーへの応用に向けた研究が行われている。このようにフォノン生成機構の解明は、物性研究のみならず量子デバイス開発研究への応用も期待される。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件)

  • [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 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Toward tangible quantum nature2017

    • 著者名/発表者名
      Shikano Yutaka
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1871 ページ: 020001-020001

    • DOI

      10.1063/1.4996511

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [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] Optical manipulation of 40-THz coherent phonons in diamond2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Okano, Hiroya Sasaki, Riho Tanaka, Kazuma Ohya, Hiroshi Takahashi, Tetsuya Tsuruta, Hiroya Sasaki, Shin-ichi Uozumi, Katsura Norimatsu, Masahiro Kitajima, Fujio Minami, Yosuke Kayanuma, Yutaka Shikano, and Kazutaka G. Nakamura
    • 学会等名
      APS (American Physical Society) March Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dispersively coupled optomechanical system2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      International Conference on challeanges in Quantum Information Science at National Institute for Informatics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Dynamical Simulation by Quantum Walk2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Towards Ultimate quantum theory (UQT) at Linnaeus University
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dispersively coupled optomechanical system2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      the University of Birmingham Gravitational Wave Group
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coherent Control of 40 THz optical phonons in diamond2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Okano, Hiroya Sasaki, Riho Tanaka, Fujio Minami, Yosuke Kayanuma, Yutaka Shikano, Kasutaka G. Nakamura
    • 学会等名
      International Conference on Quantum & Nonlinear Optics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coherent Control of Electron-Phonon Coupled States in a GaAs crystal using Phase-locked Femtosecond Pulses2018

    • 著者名/発表者名
      Kasutaka G. Nakamura, Rintaro Kase, Yuki Okuda, Takashi Kitashima, Yu Mishima, Fujio Minami, Yosuke Kayanuma, Yutaka Shikano
    • 学会等名
      International Conference on Quantum & Nonlinear Optics
    • 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] 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
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド中のコヒーレントフォノンに対する量子制御2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木 寛弥, 田中 利歩, 岡野 泰彬, 南 不二雄, 萱沼 洋輔, 鹿野 豊, 中村 一隆
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum Phase through Quantum Tunneling2017

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      3rd International Conference on Quantum Foundations
    • 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] Coherent control of optical phonons in diamond using a pair of femtosecond pulses2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Okano, Hiroya Sasaki, Riho Tanaka, Fujio Minami, Yosuke Kayanuma, Yutaka Shikano, Kazutaka G Nakamura
    • 学会等名
      第37回量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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