数サイクル高強度中赤外電界下の固体の極限応答探索

• 研究課題/領域番号: 17H04816
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石井 順久 東京大学, 物性研究所, 助教 (40586898)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 25,350千円 (直接経費: 19,500千円、間接経費: 5,850千円); 2018年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2017年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: 超高速赤外レーザー / 固体 / 非線形効果 / 高次高調波 / 赤外フェムト秒光源 / 高次高調波発生 / 高強度赤外光源 / 非線形光学

研究成果の概要

固体の高強度電場下における極端な非線形応答を探索した。中赤外のスペクトル領域において高強度フェムト秒レーザーを開発し、固体内で10 MV/cm以上の電界を非破壊的に印加することに成功した。その結果、固体内の電子応答は極端に非線形な応答を示し、紫外にわたる高次高調波と呼ばれる、レーザーの周波数の整数倍となる放射が観測された。この放射を偏光分解することにより、固体内のバンド曲率が計測できることを見出した。その他にも、高次高調波発生における選択側の世界で初めての実証や反射高調波の観測からの高強度中赤外光パルスの伝搬効果について研究成果を挙げた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高強度電界下の物質応答やその絶縁破壊は、近年の高速エレクトロニクスやスイッチング、並びにリーク電流問題と密接にかかわっており、これからさらなる高速化が進む、情報社会基盤における先駆的な研究であると思われる。
また光学分野においても、紫外線領域では物質の屈折率が低く透過率が低いために、偏光光学素子を作成することが非常に困難である。極限的非線形光学効果を用いて赤外光源の制御と固体高調波発生媒質の人工構造成型により、紫外高調波の偏光制御が可能となり、紫外の分光実験への適応が可能となる。

研究成果

• [雑誌論文] High-order harmonic generation from hybrid organic-inorganic perovskite thin films (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 7 号: 4 ページ: 041107-041107
  • DOI: 10.1063/1.5090935
  • NAID: 120006712768
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] All-optical characterization of the two-dimensional waveform and the Gouy phase of an infrared pulse based on plasma fluorescence of gas (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Nariyuki, Ishii Nobuhisa, Kanai Teruto, Itatani Jiro
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 号: 19 ページ: 24591-24591
  • DOI: 10.1364/oe.26.024591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polarization-Resolved Study of High Harmonics from Bulk Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaneshima Keisuke、Shinohara Yasushi、Takeuchi Kengo、Ishii Nobuhisa、Imasaka Kotaro、Kaji Tomohiro、Ashihara Satoshi、Ishikawa Kenichi L.、Itatani Jiro
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 24 ページ: 243903-243903
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.243903
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of sub-two-cycle CEP-stable optical pulses at 3.5 μm from a KTA-based optical parametric amplifier with multiple-plate compression (2018)
  • 著者名/発表者名: Lu Faming, Xia Peiyu, Matsumoto Yoshiyuki, Kanai Teruto, Ishii Nobuhisa, Itatani Jiro
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 43 号: 11 ページ: 2720-2723
  • DOI: 10.1364/ol.43.002720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear propagation effects in high harmonic generation in reflection and transmission from gallium arsenide (2018)
  • 著者名/発表者名: Xia Peiyu, Kim Changsu, Lu Faming, Kanai Teruto, Akiyama Hidefumi, Itatani Jiro, Ishii Nobuhisa
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 号: 22 ページ: 29393-29393
  • DOI: 10.1364/oe.26.029393
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photo-induced semimetallic states realised in electron-hole coupled insulators (2018)
  • 著者名/発表者名: Kozo Okazaki, Yu Ogawa, Takeshi Suzuki, Takashi Yamamoto, Takashi Someya, Shoya Michimae, Mari Watanabe, Yangfan Lu, Minoru Nohara, Hidenori Takagi, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Takashi Mizokawa, Shik Shin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9:4322 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06801-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Resonant magneto-optical Kerr effect measurement system with polarization analysis using a high harmonic generation laser (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Sh.、Oumbarek D.、Fujisawa M.、Someya T.、Takahashi Y.、Yamamoto T.、Ishii N.、Yaji K.、Yamamoto S.、Kanai T.、Okazaki K.、Kotsugi M.、Itatani J.、Shin S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 222 ページ: 68-73
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2017.09.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of selection rules for circularly polarized fields in high-harmonic generation from a crystalline solid (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito Nariyuki、Xia Peiyu、Lu Faming、Kanai Teruto、Itatani Jiro、Ishii Nobuhisa
  • 雑誌名: Optica 巻: 4 号: 11 ページ: 1333-1333
  • DOI: 10.1364/optica.4.001333
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of sub-two-cycle millijoule infrared pulses in an optical parametric chirped-pulse amplifier and their application to soft x-ray absorption spectroscopy with high-flux high harmonics (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishii Nobuhisa、Kaneshima Keisuke、Kanai Teruto、Watanabe Shuntaro、Itatani Jiro
  • 雑誌名: Journal of Optics 巻: 20 号: 1 ページ: 014003-014003
  • DOI: 10.1088/2040-8986/aa99ed
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of supercollision carrier cooling in high mobility graphene on SiC(0001) (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Someya, Hirokazu Fukidome, Hiroshi Watanabe, Takashi Yamamoto, Masaru Okada, Hakuto Suzuki, Yu Ogawa, Takushi Iimori, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, Keiichiro Tashima, Baojie Feng, Susumu Yamamoto, Jiro Itatani, Fumio Komori, Kozo Okazaki, Shik Shin, and Iwao Matsuda
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 95 号: 16 ページ: 165303-165303
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.165303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 3.Ultrafast Melting of Spin DensityWave Order in BaFe2As2 Observed by Time- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with Extreme-Ultraviolet Higher Harmonic Generation (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, K. Okazaki, T. Yamamoto, T. Someya, M. Okada, K. Koshiishi, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, M. Nakajima, H. Eisaki, K. Ono, H. Kumigashira, J. Itatani, A. Fujimori and S. Shin
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 16 ページ: 165112-165112
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.165112
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 固体における強光子場科学のための中赤外光源開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井順久
  • 学会等名: 第39回レーザー学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 固体のサブサイクル分光に向けての3.5um帯CEP安定中赤外パルスの電気光学サンプリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 夏 沛宇、Lu Faming、金島 圭佑、石井 順久、金井 輝人、板谷 治郎
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 高次高調波を用いた400 eVにおける窒素分子の時間分解軟X線吸収分光 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 成之、三戸 宏樹、石井 順久、金井 輝人、板谷 治郎
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Polarization properties of high harmonics in solids using linearly and circularly polarized infrared optical pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Ishii
  • 学会等名: The 9th Asian Workshop on Generation and Application of Coherent XUV and X-ray Radiation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Complete characterization of an optical waveform by luminescence from gas plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Nariyuki Saito, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, and Jiro Itatani,
  • 学会等名: The 7th Advanced Lasers and Photon Sources
  • 国際学会
• [学会発表] 「水の窓」全域にわたる軟Ⅹ線高調波発生 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三戸宏樹、齋藤成之、石井順久、金井輝人、板谷治郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 反射配置でのGaAsからの高次高調波発生と伝搬効果の評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 夏沛宇、金昌秀、Faming Lu、石井順久、金井輝人、秋山英文、板谷治郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 高強度赤外電場による光電子放出過程の搬送波包絡線位相依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水野智也、Dagar Ritika、竹内健悟、石井順久、金井輝人、板谷治郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 固体高調波分光における偏光とサブサイクル時間分解 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石井 順久
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Ellipsometry of high harmonics generated from gallium selenide irradiated by mid-infrared pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Ishii, Keisuke Kaneshima, Yasushi Shinohara, Kengo Takeuchi, Kenichi L. Ishikawa, Jiro Itatani
  • 学会等名: 6th International Conference on Attosecond Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polarization property of high harmonics generated from crystalline semiconductors excited by mid-infrared pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Ishii, Keisuke Kaneshima, Yasushi Shinohara, Kengo Takeuchi, Kenichi L. Ishikawa, Jiro Itatani
  • 学会等名: The European Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Ellipsometry of high harmonics in GaSe pumped by 3.3 μm optical parametric amplifiers (2017)
  • 著者名/発表者名: Faming Lu, Teruto Kanai, Peiyu Xia, Nobuhisa Ishii, Jiro itatani
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ナノチップにおける中赤外電場増強と光電子放出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹内 健悟、水野 智也、金島 圭佑、金井 輝人、石井 順久、板谷 治郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 固体結晶GaSeにおける深紫外域の高次高調波発生 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梶 智博、今坂 光太郎、金島 圭佑、石井 順久、板谷 治郎、芦原 聡
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 結晶対称性によって制御された固体からの円偏光高調波発生 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 成之、石井 順久、金井 輝人、渡部 俊太郎、板谷 治郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 高エネルギー光電子用運動量画像計測装置の開発と高強度赤外電場中での光イオン化過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水野 智也、竹内 健悟、Geiseler Henning、石井 順久、金井 輝人、板谷 治郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 固体結晶からの高次高調波発生の偏光分解測定 高調波の偏光に電子状態の異方性が映し出されることを実証
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=5281