| 研究課題/領域番号 |
23K22425
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01154 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
佐藤 琢哉 東京工業大学, 理学院, 教授 (40451885)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 光ガルバノ効果 / バルク光起電力効果 / フォノン・ポラリトン / 時間分解イメージング / スピン偏極 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
バルク光起電力効果（光ガルバノ効果）は、空間反転対称性の破れた結晶に光を照射したときに、分極電流が生じる非線形光学効果である。この分極電流は結晶内をバイアス電圧なしに伝播するが、そのメカニズムは明らかとはいえない。研究代表者は分極電流の空間伝播をフェムト秒光パルスを用いて時間分解イメージングし、フォノン・ポラリトンの伝播との関連を調べる。また最終目標として、円偏光照射によって生じた分極電流（インジェクション電流）のスピン偏極度を時間分解磁気光学イメージング法により実証することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
バルク光起電力効果（光ガルバノ効果）は、空間反転対称性の破れた結晶に光を照射したときに、直流電場の印加なしに分極電流が生じる非線形光学効果である。この分極電流は結晶内をバイアス電圧なしに伝播することが知られているが、そのメカニズムは知られていない。バルク光起電力効果によって光エネルギーから電流を取り出す効率の向上を図るために、結晶内の分極電流伝播を時間分解イメージングすることを目的とする。
本年度は、強誘電体LiNbO3（zカット）単結晶基板に直線偏光フェムト秒光パルスを照射して生じる超高速光電流を、増幅器と高速オシロスコープを用いて観測した。光電流の電流方向と大きさは励起光の偏光に依存し、対称性の議論からバルク光起電力効果（光ガルバノ効果）によって生じたことが確認された。また、照射スポット位置を試料上でスキャンすることで、電流の試料内分布の可視化を行った。
一方、フェムト秒レーザーを用いたポンプ・プローブ測定において、プローブ光を集光せずに照射し、CMOSカメラを用いてイメージングすることで、ポンプ光スポット外に伝播した素励起（フォノン・ポラリトン）のダイナミクスに関する情報を時間分解測定した。また数値計算の結果と比較してフォノン・ポラリトンの正常波と異常波の空間伝播を分離した。励起光スポット位置依存性と偏光方位角依存性をとり、バルク光起電力効果とフォノン・ポラリトン生成の関係について議論した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定通り、LiNbO3でバルク光起電力効果とフォノン・ポラリトンの観測に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
LiNbO3におけるバルク光起電力効果とフォノン・ポラリトンの詳細な励起光偏光依存性と、高分解能なイメージングを行い、最終目標である光誘起電流のメカニズム解明に取り組む予定である。光誘起電流（シフト電流・インジェクション電流）を生成するポンプ光偏光依存性は、2次非線形光学効果の光整流（フォノン・ポラリトン）と同一であるため、偏光解析のみからこれらを分離することは難しい。励起スポット位置依存性から空間伝播に関する詳細な情報を得ることができると予想される。
さらに光電流のスピン偏極度を検出するための手法開発を目指す。
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