カーボンナノチューブにおけるコヒーレント電子励起状態の生成と制御

• 研究課題/領域番号: 25800177
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 片山 郁文 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80432532)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / コヒーレントフォノン / 電子格子相互作用 / 超高速分光 / ラマン過程 / コヒーレント制御 / イオン液体

研究成果の概要

超短パルスレーザーを用いてカーボンナノチューブの励起状態を生成し、これをコントロールすることで、励起状態の制御と、コヒーレントな素励起の生成を目的とした研究を行なった。その結果、非常に高周波のコヒーレントフォノンを含めて、ナノチューブ中の各種のフォノンを励起できることを明らかにし、それが、ストークスラマン過程を考えることで理解できることを示した。また、イオン液体を通した電子状態の制御と組み合わせることで、これらのフォノンの振幅や周波数を変調することができることを明らかにした。これらの結果は、カーボンナノチューブの特殊な電子格子相互作用を示唆するもので興味深い。

研究成果

• [雑誌論文] Terahertz-field-induced Nonlinear Electron Delocalization in Au Nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshioka, Y. Minami, K. Shudo, T. D. Dao, T. Nagao, M. Kitajima, J. Takeda, and I. Katayama
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 15 号: 2 ページ: 1036-1040
  • DOI: 10.1021/nl503916t
  • NAID: 120005714807
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Resonant Enhancement of First- and Second-Order Coherent Phonons in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, K. Tahara, Y. Minami, I. Katayama, M. Kitajima, H. Kawai, K. Yanagi, and J. Takeda
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 号: 23 ページ: 235435-235435
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.235435
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nonlinear Electron Dynamics of Gold Ultrathin Films Induced by Intense Terahertz Waves (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, J. Takeda, T. D. Dao, T. Nagao, M. Kitajima, and I. Katayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.4904883
  • NAID: 120005549811
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherent Phonon and Surface-Enhanced Raman Scattering Dynamics in Solids (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Takeda, I. Katayama, K. Shudo and M. Kitajima
  • 雑誌名: J. Lumin. 巻: 152 ページ: 23-27
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2014.01.058
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrafast Crystalline-to-Amorphous Phase Transition in Ge2Sb2Te5 Chalcogenide Alloy Thin Film Using Single-Shot Imaging Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Takeda, W. Oba, Y. Minami, T. Saiki and I. Katayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 26
  • DOI: 10.1063/1.4886969
  • NAID: 120005464758
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultra-broadband IR and THz generation and detection with ultrashort pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Ashida, E. Matsubara and I. Katayama
  • 雑誌名: Proc. SPIE 8964, Nonlinear Frequency Generation and Conversion: Materials, Devices, and Applications XIII 巻: 8964 ページ: 896409-896409
  • DOI: 10.1117/12.2042829
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermolecular THz Vibrations Relevant to Optically and Thermally Induced Magnetic Phase Transitions in the Strongly Correlated Organic Radical TTTA (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kawano, I. Katayama, J. Ohara, M. Ashida and J. Takeda
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 1 ページ: 0147131-6
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.014713
  • NAID: 40019944941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadband Pump-Probe Imaging Spectroscopy Applicable to Ultrafast Single-Shot Events (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, M. Yamaki, I. Katayama and J. Takeda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 7 号: 2 ページ: 22402-22402
  • DOI: 10.7567/apex.7.022402
  • NAID: 120005429820
  • 査読あり
• [雑誌論文] マッハツェンダ変調器型光コム発生器および断熱ソリトン圧縮を用いた80fsパルス発生 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉優、諸橋功、坂本高秀、片山郁文、関根徳彦、川西哲也、寳迫巌
  • 雑誌名: 電子情報通信学会和文誌C 巻: 197-C ページ: 233-234
• [雑誌論文] Electric Field Detection of Phase-Locked Near-Infrared Pulses Using Photoconductive Antenna (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, R. Akai, M. Bito, E. Matsubara, and M. Ashida
  • 雑誌名: Opt. Exp. 巻: 21 号: 14 ページ: 16248-16254
  • DOI: 10.1364/oe.21.016248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Shot Measurement of a Terahertz Electric-Field Waveform Using a Reflective Echelon Mirror (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, Y. Hayashi, J. Takeda and I. Katayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 5 ページ: 51103-51103
  • DOI: 10.1063/1.4817011
  • NAID: 120005429821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent nanoscale optical-phonon wave packet in graphene layers (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, K. Sato, S. Koga, J. Takeda, S. Hishita, H. Fukidome, M. Suemitsu, and M. Kitajim
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.245406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron–phonon coupling and defect scatterings in Ar⁺-ion implanted graphite (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 121 号: 1411 ページ: 291-294
  • DOI: 10.2109/jcersj2.121.291
  • NAID: 130004950825
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり
• [学会発表] Fermi Energy Dependence of High-Frequency Coherent Phonons in Metallic Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, K. Maekawa, K. Sat, Y. Minami, K. Yanagi, M. Kitajima and J. Takeda
  • 学会等名: Internatinal Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD2014)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-03
• [学会発表] Nonlinear Dynamics of Electrons on Dirac-Like Band in Semi-Metal Bismuth Induced by an THz Electric Pulse (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, K. Araki, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
  • 学会等名: Internatinal Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD2014)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-03
• [学会発表] Single-Shot Visualization of Ultrafast Amorphization in Chalcogenide Alloy Thin Films (2014)
  • 著者名/発表者名: W. Oba, I. Katayama, Y. Minami, T. Saiki and J. Takeda
  • 学会等名: Internatinal Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD2014)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-03
• [学会発表] Nonlinear Response of Au Nanostructures Observed with Intense THz Pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshioka, Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, K. Shudo, J. Takeda, M. Kitajima and I. Katayama
  • 学会等名: 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2014)
  • 発表場所: Tucson, USA
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-19
• [学会発表] Nonlinear Carrier Responses in Gold Thin Films Induced by Intense Terahertz Waves (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Electrochemical Control of Coherent Phonon Generations in Single-walled Metallic Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Maekawa, K. Sato, Y. Minami, I. Katayama, J. Takeda, K. Yanagi, M. Kitajima
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Single-shot Real-time Observation of Ultrafast Amorphization in Ge2Sb2Te5 Thin Film (2014)
  • 著者名/発表者名: W. Oba, I. Katayama, Y. Minami, T. Saiki, and J. Takeda
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Nonlinear Carrier Dynamics in Semi-Metal Bismuth Induced by Intense Terahertz Field (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Araki, Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Carrier Dynamics of a Bismuth Thin Film Accelerated via Intense Terahertz Field (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, K. Araki, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, I. Katayama
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2014)
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [学会発表] Broadband Terahertz Generation Approaching Optical Communication Frequency Using Tilted DAST Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, M. Bito, E. Matsubara and M. Ashida
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2014)
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [学会発表] Ultrafast Measurements of Vibrations on Defective MoS2 Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Moriyama, N. Sugiyama, K. Shudo, I. Katayama, M. Kitajima and J. Takeda
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] Coherent Phonon and Surface-Enhanced Raman Scattering Dynamics in Solids (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Takeda, I. Katayama, K. Shudo and M. Kitajima
  • 学会等名: 18th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
  • 発表場所: Fuzhou, China
  • 招待講演
• [学会発表] Single-shot Terahertz Spectrometer Using an Echelon Mirror and Air Plasma (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, Y. Hayashi, K. Masuda, Y. Minami, and J. Takeda
  • 学会等名: The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Broadband THz Time-Domain Spectroscopy of Halogen-Bridged Platinum Complexes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ohshima, Y. Minami, I. Katayama and J. Takeda
  • 学会等名: The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Ultrafast Dynamics of the Interlayer Shearing Mode in Au Graphite Nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: M. F. Avila-Ortega, I. Katayama, Y. Minami, J. Takeda and M. Kitajima
  • 学会等名: The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Near-Infrared Time-Domain Spectroscopy using Broadband Phase-locked Electromagnetic Pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, M. Bito and E. Matsubara and M. Ashida
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: サンノゼ、アメリカ
• [学会発表] Single-Shot Observation of THz Field with a Reflective Echelon Mirror (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, Y. Hayashi, J. Takeda and I. Katayama
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: サンノゼ、アメリカ
• [学会発表] Control of Phonon Polariton Propagation in LiNbO3 Single Crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, Y. Ikegaya, Y. Minami and J. Takeda
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: サンノゼ、アメリカ
• [学会発表] Resonant Enhancement of Coherent High-Order Phonons in Single-Walled Carbon Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, I. Katayama, K. Tahara, Y. Minami, J. Takeda, K. Yanagi and M. Kitajima
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: サンノゼ、アメリカ
• [学会発表] E-mode Phonon-Polariton Dispersion in LiNbO3 Probed via Frequency-Resolved Coherent Phonon Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Takizawa, I. Katayama, Y. Minami, M. Kitajima, and J. Takeda
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: サンノゼ、アメリカ
• [学会発表] Nanoscale and Femtosecond Phonon Dynamics Observed with Surface Enhanced Raman Scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, K. Shudo, J. Takeda, and M. Kitajima
  • 学会等名: Ultrafast Surface Dynamics 2013
  • 発表場所: Estes park, Colorado, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Single-Shot Time-Frequency Mapping of Coherently Controlled Phonon-Polariton Propagations in Ferroelectric LiNbO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Takeda, Y. Ikegaya, H. Sakaibara, Y. Minami and I. Katayama
  • 学会等名: International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Observation of the asymmetric stretch mode in PtX with a broad-band THz Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Minami, T. Ohshima, I. Katayama, and J. Takeda
  • 学会等名: International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Single-shot Detection of Terahertz Electric-Field Waveform Generated Using a Grating-coupled LiNbO3 Single Crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, Y. Hayashi, Y. Minami and J. Takeda
  • 学会等名: International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Ultra-broadband IR and THz generation and detection with ultrashort pulses
  • 著者名/発表者名: M. Ashida, E. Matsubara and I. Katayama
  • 学会等名: Photonics West 2014
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Direct Measurement of THz Comb Signals Using a Subharmonic Mixer in the 600 GHz-Band
  • 著者名/発表者名: Isao Morohashi, Ikufumi Katayama, Yoshihisa Irimajiri, Masaya Nagai, Yu Chiba, Masaaki Ashida, Norihiko Sekine, and Iwao Hosako
  • 学会等名: 4th EOS Topical Meeting on Terahertz Science & Technology
  • 発表場所: カモーリ、イタリア
  • 招待講演
• [学会発表] 5 fs超短パルスレーザーを用いたテラヘルツ電磁波の周波数コム検出
  • 著者名/発表者名: 片山郁文、千葉優、永井正也、芦田昌明、諸橋功、入交芳久、関根徳彦、寳迫巌
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原市
• [学会発表] 600GHz帯サブハーモニックミキサを用いたテラヘルツ波帯周波数コムの観測
  • 著者名/発表者名: 諸橋功、片山郁文、入交芳久、永井正也、千葉優、芦田昌明、関根徳彦、寶迫巌
  • 学会等名: マイクロ波フォトニクス研究会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] GeSbTeにおける光誘起相変化のシングルショット実時間イメージング
  • 著者名/発表者名: 大庭航、片山郁文、南康夫、斎木敏治、武田淳
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島市
• [学会発表] 反射型エシェロンを用いた強誘電体LiNbO3フォノンポラリトンの時間領域二次元ラマン分光
  • 著者名/発表者名: 片山郁文、塩沢優、池谷優樹、南康夫、武田淳
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島市
• [学会発表] 高強度テラヘルツ波による半金属薄膜内キャリアの非線形ダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 南康夫、荒木光太郎、Thang Duy Dao、長尾忠昭、武田淳、北島正弘、片山郁文
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島市
• [学会発表] カーボンナノチューブにおける高周波コヒーレントフォノンのフェルミエネルギー依存性
  • 著者名/発表者名: 佐藤健次、田原佳祐、片山郁文、南康夫、武田淳、柳和宏、北島正弘
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島市
• [学会発表] THz時間領域分光法を用いた半金属ビスマスの非線形応答
  • 著者名/発表者名: 荒木光太郎、南康夫、Duy Thang Dao、長尾忠昭、武田淳、北島正弘、片山郁文
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 京田辺市
• [学会発表] 高強度 THz 波を用いた金微細構造における非線形光学応答
  • 著者名/発表者名: 吉岡克将、南康夫、Thang Duy Dao、長尾忠昭、首藤健一、武田淳、北島正弘、片山郁文
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原市
• [学会発表] THz波による半金属ビスマスの光励起キャリアダイナミクス計測
  • 著者名/発表者名: 南康夫、ThangDuyDao、長尾忠昭、武田淳、北島正弘、片山郁文
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原市
• [学会発表] コヒーレントフォノン・テラヘルツ分光によるフォノンダイナミクスの研究
  • 著者名/発表者名: 片山郁文
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 平塚市
  • 招待講演
• [学会発表] 金属型カーボンナノチューブにおける高周波コヒーレントフォノンの共鳴効果
  • 著者名/発表者名: 佐藤健次、田原佳祐、片山郁文、南康夫、武田淳、柳和宏、北島正弘
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 平塚市
• [学会発表] 反射型エシェロンを用いた強誘電体LiNbO3フォノンポラリトンの時間領域二次元ラマン分光II
  • 著者名/発表者名: 塩沢優，池谷優樹，南康夫，片山郁文，武田淳
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 平塚市
• [学会発表] マッハツェンダ変調器型光コム発生器およびソリトン圧縮を用いた超短光パルス発生と繰返し周波数可変特性
  • 著者名/発表者名: 千葉優、諸橋功、坂本高秀、片山郁文、関根徳彦、川西哲也、寳迫巌
  • 学会等名: マイクロ波フォトニクス研究会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] 変調器ベース光コム発生器を用いた広帯域光コム発生と高周波数精度テラヘルツ波発生への応用
  • 著者名/発表者名: 諸橋功、入交芳久、熊谷基弘、坂本高秀、関根徳彦、川西哲也、落合啓、寶迫巌
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟市
• [図書] “Broadband Terahertz Spectroscopy of Thin Films”, in K. Shudo, I. Katayama, S. Ohno eds., Frontiers in Optical Methods: Springer Series in Optical Sciences (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Katayama, M. Ashida
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Springer
• [備考] 若手奨励賞受賞に関する発表が所属機関HPに掲載された
  • URL: http://www.ynu.ac.jp/hus/engk2/11413/detail.html
• [備考] 論文発表などを研究室HPにおいて随時公開
  • URL: http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/