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シフト電流の非局在性のテラヘルツ電磁波発生による研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K14155
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分30020:光工学および光量子科学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

五月女 真人  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (40783999)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード太陽電池 / 光電流 / テラヘルツ / 光検出器 / シフト電流 / 超高速ダイナミクス / 非線形光学 / 光整流効果 / 光電効果 / 超高速分光 / 半導体 / 強誘電体
研究成果の概要

最近、光電流を光子吸収に伴う電子雲のコヒーレントなシフトから記述するシフト電流の理論が発展して、太陽電池・光検出器などへの応用が期待されている。その量子力学的超高速ダイナミクスや伝播を定量評価するため、極低温環境(2K)で不純物による散逸を最小限にできる化合物半導体CdS単結晶にフェムト秒レーザーパルスを照射し、過渡的光電流の時間変化に対応して放射されるテラヘルツ電磁波を観測した。励起子励起・バンドギャップ励起でのシフト電流ダイナミクスやその励起光子エネルギー依存性を定量評価した。最新のシフト電流の理論を励起子励起においてはじめて実験検証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

最新のシフト電流の理論を励起子励起においてはじめて実験検証したものである。また、シフト電流の第一原理計算を比較することにより、励起子励起・伝導帯励起によるシフト電流が実際には、スピン軌道相互作用に大きな影響を受けていることが明らかになった。スピン軌道相互作用は従来のシフト電流の理論ではほとんど取り入れられておらず、本実験研究の結果はシフト電流の学術理論を発展させるものである。
また、近年急速に進歩している有機型・ペロブスカイト型太陽電池では光吸収が励起子的性質を強く持つことが知られている。本研究はこれらの新型太陽電池の研究を加速させるものである。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] MIT, Materials Research Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] National Taiwan University(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] 光起電力の新しい量子力学的描像「シフト電流」2020

    • 著者名/発表者名
      小川直毅, 五月女真人, 中村優男、森本高裕
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 75 ページ: 154-159

    • NAID

      130007904122

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral dynamics of shift current in ferroelectric semiconductor SbSI2019

    • 著者名/発表者名
      Sotome M.、Nakamura M.、Fujioka J.、Ogino M.、Kaneko Y.、Morimoto T.、Zhang Y.、Kawasaki M.、Nagaosa N.、Tokura Y.、Ogawa N.
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 116 号: 6 ページ: 1929-1933

    • DOI

      10.1073/pnas.1802427116

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultrafast spectroscopy of shift-current in ferroelectric semiconductor Sn2P2S62019

    • 著者名/発表者名
      Sotome M.、Nakamura M.、Fujioka J.、Ogino M.、Kaneko Y.、Morimoto T.、Zhang Y.、Kawasaki M.、Nagaosa N.、Tokura Y.、Ogawa N.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 15 ページ: 151101-1

    • DOI

      10.1063/1.5087960

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Narrowband terahertz radiation by impulsive stimulated Raman scattering in an above-room-temperature organic ferroelectric benzimidazole2018

    • 著者名/発表者名
      Sotome M.、Kida N.、Horiuchi S.、Okamoto H.
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 98 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreva.98.013843

    • 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
  • [学会発表] Terahertz emission spectroscopy of shift-current in ferroelectric semiconductors2019

    • 著者名/発表者名
      M. Sotome, M. Nakamura, M. Ogino, Y. Kaneko, T. Morimoto, Y. Zhang, M. Kawasaki, N. Nagaosa, Y. Tokura, N. Ogawa
    • 学会等名
      20th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Terahertz emission spectroscopy of sub-picosecond shift current2019

    • 著者名/発表者名
      M. Sotome, M. Nakamura, M. Ogino, Y. Kaneko, T. Morimoto, Y. Zhang, M. Kawasaki, N. Nagaosa, Y. Tokura, N. Ogawa
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強誘電性半導体におけるサブピコ秒シフト電流ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      五月女真人, 中村優男, 荻野槙子, 金子良夫, 森本高裕, Yang Zhang, 川崎雅司, 永長直人, 十倉好紀, 小川直毅
    • 学会等名
      2019年春季物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] テラヘルツ放射分光による励起子シフト電流の観測2019

    • 著者名/発表者名
      五月女真人, 中村優男, 森本高裕, 川崎雅司, 十倉好紀, 小川直毅
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 強誘電性半導体におけるサブピコ秒シフト電流ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      五月女真人, 中村優男, 荻野槙子, 金子良夫, 森本高裕, Yang Zhang, 川崎雅司, 永長直人, 十倉好紀, 小川直毅
    • 学会等名
      物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] Applied Physics Letters誌の表紙(2019年4月15日号)

    • URL

      https://aip.scitation.org/action/showLargeCover?issue=42349348

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] Applied Physics Letters誌の特集コーナーFeatured article

    • URL

      https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5087960

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] Applied Physics Letters誌の特集コーナーScilight

    • URL

      https://doi.org/10.1063/1.5109214

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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