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擬似定常白色コヒーレント光源を用いる革新的非線形分光法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 19K21849
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

中 暢子  京都大学, 理学研究科, 准教授 (10292830)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード非線形光学 / 半導体分光 / 非線形分光
研究開始時の研究の概要

本研究では、非線形分光でよく用いられる大型レーザー装置からの超短パルス光に代え、小型で汎用性の高いスーパーコンティニューム光源からの擬似定常白色コヒーレント光を用いる革新的な分光手法を確立する。これにより、従来手法に比べて飛躍的に波長精度を向上させること、および、これまで適切な観測手法がないために未知となっている光学禁制の電子準位を顕在化させることが可能となり、光励起状態の理解における新たなブレークスルーが期待できる。

研究成果の概要

本研究では、大型の超短パルスレーザー装置に代え、汎用性の高い擬似定常(高繰り返しパルス)の白色コヒーレント光源を用いる革新的な非線形分光手法を確立することに挑戦した。これは、非線形光学信号を超高精度でスペクトル分解するという、これまでの常識を大きく転換する発想にもとづくものである。半導体物質を近赤外光で励起し、その和周波信号を可視光域で分光する実験研究を行い、広帯域和周波分光法として提案した新規分光法を実証するとともにその適用範囲を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

非線形分光には尖頭値の大きな超短パルス光を用いるのが常識であり、そのような励起光は広いエネルギー分布を持つことから、マイクロ~ナノ電子ボルトという超高精度測定が必要となる半導体の精密分光に適用されることはこれまでなかった。本研究により、広帯域和周波分光の原理が検証され、従来手法に比して格段のスペクトル精度の向上と光学禁制状態の可視化が実証された。今後は、さらに周波数の異なる領域や2色化によるポンプ-プローブ実験への応用も考えられ、汎用光源による広帯域和周波分光は、光励起状態の理解における新たなブレークスルーとして期待される

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Paris-Saclay UVSQ/University of Sorbonne Paris Nord(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Versailles University(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Phonon-assisted transitions of bound excitons in diamond: Analysis by mirror symmetry2020

    • 著者名/発表者名
      Kubo Yoshiki、Takahata Mitsuyoshi、Temgoua Solange、Issaoui Riadh、Barjon Julien、Naka Nobuko
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 20 ページ: 205204-205204

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.205204

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Study of detailed balance between excitons and free carriers in diamond using broadband terahertz time-domain spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Ichii T.、Hazama Y.、Naka N.、Tanaka K.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 号: 23 ページ: 231102-231102

    • DOI

      10.1063/5.0006993

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusion-related lifetime and quantum efficiency of excitons in diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Konishi K.、Akimoto I.、Isberg J.、Naka N.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 19 ページ: 195204-195204

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.195204

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Low-temperature mobility-lifetime product in synthetic diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Konishi K.、Akimoto I.、Matsuoka H.、Djurberg V.、Majdi S.、Isberg J.、Naka N.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 号: 21 ページ: 212102-212102

    • DOI

      10.1063/5.0031600

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] リュードベリ励起子の分光研究2019

    • 著者名/発表者名
      中暢子,高畑光善
    • 雑誌名

      京都大学物性科学センター誌

      巻: 35 ページ: 3-10

    • NAID

      120006846487

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 科学解説 光物性計測からわかるダイヤモンドのキャリア特性2019

    • 著者名/発表者名
      中暢子,下村尊明,秋元郁子
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 135 ページ: 8-13

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 高純度ダイヤモンド中の転位における光励起キャリアの再結合効果2021

    • 著者名/発表者名
      K. Konishi, I. Akimoto, H. Matsuoka. V. Djurberg, S. Majdi, J. Isberg, and N. Naka
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Cu2Oにおける青・紫色励起子の和周波スペクトル2021

    • 著者名/発表者名
      片桐佳来, 髙畑光善, 渡邊雅之, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] リンドープダイヤモンド中の束縛励起子の精密分光2021

    • 著者名/発表者名
      戸田倫太朗, R. Gillet, M.-A. Pinault-Thaury, 中暢子, J. Barjon
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 和周波分光によるCu2Oの青・紫色励起子の観測2020

    • 著者名/発表者名
      片桐佳来, 高畑光善, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高純度ダイヤモンドにおける励起子の拡散係数・寿命と内部量子効率2020

    • 著者名/発表者名
      小西一貴, J. Isberg, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 和周波分光を用いた単層WSe2におけるp励起子の観測2020

    • 著者名/発表者名
      草場哲, 片桐佳来, 渡邊賢司, 谷口尚, 柳和宏, 中暢子, 田中耕一郎
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ボロンドープダイヤモンド中の束縛励起子の微細構造2020

    • 著者名/発表者名
      高橋伸弥, 小西一貴, Riadh Issaoui, Julien Barjon, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Energy splitting between 2s and 2p excitons in hBN-encapsulated monolayer WSe22020

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Kusaba, Yoshiki Katagiri, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazuhiro Yanagi, Nobuko Naka, and Koichiro Tanaka
    • 学会等名
      THE 45TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFRARED, MILLIMETER, AND TERAHERTZ WAVES (IRMMW-THz2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fine structure of excitonic excited states in diamond studied by broadband terahertz time-domain spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Ichii, Nobuko Naka, and Koichiro Tanaka
    • 学会等名
      THE 45TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFRARED, MILLIMETER, AND TERAHERTZ WAVES (IRMMW-THz2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cu2O における青・紫色励起子の和周波分光2020

    • 著者名/発表者名
      片桐 佳来, 高畑 光善, 中 暢子
    • 学会等名
      第31回光物性研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] High-resolution absorption study on boron-bound excitons in diamond2020

    • 著者名/発表者名
      S. Takahashi, K. Konishi, Y. Kubo, R. Issaoui, J. Barjon, and N. Naka
    • 学会等名
      Hasselt Diamond Workshop SBDDXXV
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phonon replicas of bound excitons in boron-doped diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Kubo, M. Takahata, S. Temgoua, R. Issaoui, J. Barjon, and N. Naka
    • 学会等名
      Hasselt Diamond Workshop SBDDXXV
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface recombination model for electron lifetime in intrinsic diamond2020

    • 著者名/発表者名
      K. Konishi, I. Akimoto, H. Matsuoka, J. Isberg, N. Naka
    • 学会等名
      Hasselt Diamond Workshop SBDDXXV
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テラヘルツ時間領域分光によるダイヤモンドの励起子微細構造の解明2020

    • 著者名/発表者名
      市井智章, 中暢子, 田中耕一郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 高純度ダイヤモンドにおける励起子寿命に対する表面再結合モデル2020

    • 著者名/発表者名
      小西一貴, 秋元郁子, Ian Friel, J. Isberg, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 弱結合の束縛励起子における鏡映対称スペクトル2020

    • 著者名/発表者名
      久保佳希, 高畑光善, Solange Temgoua, Riadh Issaoui, Julien Barjon, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 白色コヒーレント光源を用いたCu2O励起子の和周波分光2020

    • 著者名/発表者名
      片桐佳来, 高畑光善, 中暢子
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Photoluminescence of Rydberg excitons in Cu2O2019

    • 著者名/発表者名
      Nobuko Naka and Mitsuyoshi Takahata
    • 学会等名
      3rd international workshop on Rydberg excitons in semiconductors
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rydberg excitons in semiconductor Cu2O with bulk and mesoscopic dimensions2019

    • 著者名/発表者名
      Nobuko Naka and Mitsuyoshi Takahata
    • 学会等名
      Fundamental Optical Processes in Semiconductors (FOPS) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Excitonic superradiance to polariton crossover observed in cuprous oxide thin films2019

    • 著者名/発表者名
      M. Takahata, K. Tanaka, and N. Naka
    • 学会等名
      Fundamental Optical Processes in Semiconductors (FOPS) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テラヘルツ時間領域分光によるダイヤモンドの電子正孔液滴の観測2019

    • 著者名/発表者名
      市井智章, 中暢子, 田中耕一郎
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻光物性研究室

    • URL

      http://www.hikari.scphys.kyoto-u.ac.jp/jp/index.php?Nobuko%20Naka

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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