量子ビートチューニングによる差周波混合テラヘルツ電磁波の増強

• 研究課題/領域番号: 26289088
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 小島 磨 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (00415845)
• 研究協力者: HOGG Richard グラスゴー大学, 教授
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
• キーワード: 励起子 / テラヘルツ電磁波 / 差周波混合 / 多重量子井戸 / GaAs / 量子井戸 / 非線形光学効果 / テラヘルツ / 半導体光物性 / 超格子 / 量子閉じ込め / 励起し

研究成果の概要

二つの連続波レーザーを半導体多重量子井戸に照射することで発生する差周波混合によるテラヘルツ電磁波を量子ビートにより増強することを目的に研究を行った。室温において、二つの連続波レーザーを重い正孔励起子と軽い正孔励起子のエネルギーに一致させて照射することで、最大強度が得られることが明らかになった。一般に閃亜鉛鉱構造型の半導体では重い正孔励起子の振動子強度は軽い正孔励起子の3倍であるので、本来であれば、重い正孔励起子で最大強度が得られるはずである。しかしながら、実験では軽い正孔励起子エネルギーで最大強度になっており、このことは量子ビートによる差周波混合過程の増強が可能であることを示唆している。

研究成果

• [国際共同研究] University of Glasgow/University of Sheffield(英国)
• [国際共同研究] University of Glasgow(英国)
• [国際共同研究] University of Glasgow/University of Sheffield(United Kingdom)
• [雑誌論文] Excitation of thin cyanine films via energy transfer from Si substrate (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, O. Kojima, T. Kita, Y. Shim
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 9 ページ: 094710-094710
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.094710
  • NAID: 120006491596
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Non-Exciton Components Excited by Broadband Pulses on Quantum Beats in a GaAs/AlAs Multiple Quantum Well (2017)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, Y. Iwasaki, T. Kita, and K. Akahane
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/srep41496
  • NAID: 120005970755
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Exciton Line Widths on the Amplitude of Quantum Beat Oscillations (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, and T. Kita
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 6 ページ: 062801-062801
  • DOI: 10.7567/apex.9.062801
  • NAID: 120005970753
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increase in exciton decay rate due to plane-to-plane interaction between cyanine thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Nagauchi, O. Kojima, T. Kita, Y. Shim
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 6 号: 7
  • DOI: 10.1063/1.4959191
  • NAID: 120005970754
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 半導体量子井戸における励起子の不均一広がり幅の量子ビート生成に対する効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 雑誌名: 日本工業出版 光アライアンス 巻: 27 ページ: 28-33
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of exciton line widths on the amplitude of quantum beat oscillations (2016)
  • 著者名/発表者名: Osamu Kojima, Takashi Kita
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9
  • NAID: 120005970753
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of cyanine dye thin films grown by a layer-by-layer method (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Nagauchi, O. Kojima, T. Kita, Y. Shim
  • 雑誌名: Material Research Express 巻: 2 号: 7 ページ: 076402-076402
  • DOI: 10.1088/2053-1591/2/7/076402
  • NAID: 120005970752
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rapid Dephasing Related to Intersubband Transitions Induced by Exciton Quantum Beats Observed by a Pump-Probe Technique in a GaAs/AlAs Multiple Quantum Well (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, K. Kojima, T. Kita, and K. Akahane
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 号: 12 ページ: 125307-125307
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.125307
  • NAID: 120005572479
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Exciton Oscillator Strength on Upconversion Photoluminescence in GaAs/AlAs Multiple Quantum Wells (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, S. Okumura, T. Kita, and K. Akahane
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 号: 18 ページ: 181901-181901
  • DOI: 10.1063/1.4901080
  • NAID: 120005496537
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における波形制御パルスによる量子ビート生成III (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 喜多隆, 赤羽浩一
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] Effects of exciton oscillator strength on terahertz generation due to differential-wave-mixing in GaAs/AlAs multiple quantum wells (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Tarui, O. Kojima, T. Kita, R. Hogg
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] InAs量子ドット周辺の歪み制御によるGaAs表面からのテラヘルツ電磁波発生波長の長波長化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 和泉亮, 喜多 隆
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] THz wave generation through 2nd order non-linear excitonic effects in GaAs/AlAs MQWs at room temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: A. N. Majeed, P. Ivanov, B. J. Stevens, D. T. D. Childs, O. Kojima, R. A. Hogg
  • 学会等名: SPIE Photonic West
  • 発表場所: San Francisco ,USA
  • 年月日: 2017-02-02
  • 国際学会
• [学会発表] Emission of continuous terahertz wave using exciton interference (2017)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: The 7th International Conference on Electronics, Communications and Networks
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation of continuous terahertz wave by differential-frequency-mixing in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2017)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, Y. Tarui, T. Kita, A. Majeed, E. Clark, P. Ivanov, R. Hogg
  • 学会等名: Nanophotonics and Micro/Nano Optics International Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ構造半導体中の励起子の重ね合わせを利用した光デバイスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 紫翠会第919回例会
  • 招待講演
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における励起子励起条件下での差周波混合によるテラヘルツ電磁波の高効率発生 (2016)
  • 著者名/発表者名: 樽井雄規, 小島磨, 喜多隆, A. Majeed, P. Ivanov, E. Clarke, R. Hogg
  • 学会等名: 第27回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2016-12-02
• [学会発表] Si基板からシアニン分子薄膜へのエネルギー移動による発光に対するキャリア拡散の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由佳子, 小島磨, 喜多隆, 沈用球
  • 学会等名: 第27回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2016-12-02
• [学会発表] Variation of terahertz wave characteristics due to covering InAs quantum dots by nitrogen atoms (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, R. Izumi, T. Kita
  • 学会等名: Asian Conference on Nanoscience & Nanotechnology 2016
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] hoto-emission of cyanine molecule thin films on Si substrate due to inorganic-organic energy transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, O. Kojima, T. Kita, Y. Shim
  • 学会等名: Asian Conference on Nanoscience & Nanotechnology 2016
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-10-11
  • 国際学会
• [学会発表] 小島磨, 和泉亮, 喜多 隆 (2016)
  • 著者名/発表者名: テラヘルツ電磁波発生による量子ドット周辺の歪みの変化の観測
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] Ultrafast optical devices based on exciton quantum beats (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Meeting on Optoelectronics
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2016-04-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of magnetic field on terahertz generation due to differential-wave-mixing in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tarui, O. Kojima, T. Kita, A. Majeed, P. Ivanov, E. Clarke, R. Hogg
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 伊藤由佳子, 小島磨, 喜多隆, 沈用球 (2016)
  • 著者名/発表者名: エネルギー移動によるシアニン分子薄膜の発光の空間分布
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における波形制御パルスによる量子ビート生成II (2016)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 喜多隆, 赤羽浩一
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] エネルギー移動によるシアニン分子薄膜の励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由佳子, 小島 磨, 喜多 隆, 沈用 球
  • 学会等名: 第26回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-12
• [学会発表] 励起子量子ビートの振幅に対する励起子線幅の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島 磨, 喜多 隆
  • 学会等名: 第26回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-12
• [学会発表] Terahertz wave radiation under exciton resonant excitation conditions in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tarui, O. Kojima, T. Kita, A. Majeed, P. Ivanov, E. Clarke, R. Hogg
  • 学会等名: 第26回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-12
• [学会発表] ダブルパルス照射下でのシアニン分子薄膜の励起子応答 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長内順平、小島 磨、喜多 隆、沈 用球
  • 学会等名: 第26回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] Generation of terahertz wave due to excitation of heavy-hole and light-hole excitons in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tarui, O. Kojima, T. Kita, A. Majeed, P. Ivanov, E. Clarke, R. Hogg
  • 学会等名: 平成27年度日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会第2回研究会ナノ材料部門委員会第1回研究会合同研究会
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-11-21
• [学会発表] 半導体基板からのエネルギー移動によるシアニン分子の励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由佳子, 小島磨, 喜多隆, 沈用球
  • 学会等名: 平成27年度日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会第2回研究会ナノ材料部門委員会第1回研究会合同研究会
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-11-21
• [学会発表] Dephasing mechanism of exciton quantum beat oscillation (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Meeting on Ultrafast Research
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 2015-11-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Decrease in photoluminescence decay rate in InAs quantum dots coupling with In nanoparticles due to increase in excitation power (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Taji, T. Kita, C. Y. Jin, J. Yuan, R. Nötzel
  • 学会等名: 2nd International Conference on Enhanced Spectroscopies
  • 発表場所: Messina, Italy
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] 無機-有機間エネルギー移動によるシアニン分子薄膜の発光特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤由佳子, 小島磨, 喜多隆, 沈用球
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における波形制御パルスによる量子ビート生成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 岩崎勇樹, 喜多隆, 赤羽浩一
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Substrate removal and capillary bonding of a quantum beat sample (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Majeed, P. Ivanov, D. Childs, E. Clarke, O. Kojima, R. Hogg
  • 学会等名: 8th UK, Europe, China conference on Millimetre Waves and Terahertz Technologies
  • 発表場所: Cardiff, United Kingdom
  • 年月日: 2015-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of homogeneous and inhomogeneous broadenings of excitons on amplitude of exciton quantum beats (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Kita
  • 学会等名: 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2015-07-28
  • 国際学会
• [学会発表] Excitation of cyanine dye thin film via energy transfer from a Si substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, O. Kojima, T. Kita, Y. Shim
  • 学会等名: 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2015-07-27
  • 国際学会
• [学会発表] シアニン色素薄膜におけるエネルギー移動による励起子緩和時間の制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長内順平, 小島磨, 喜多隆, 沈 用球
  • 学会等名: 第62回応用物理学関係春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] 半導体量子井戸における励起子量子ビートのポンプ光エネルギー依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 喜多隆
  • 学会等名: 第62回応用物理学関係春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] Layer-by-Layer法によるシアニン色素積層薄膜の作製と励起子緩和特性の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長内順平、小島 磨、喜多 隆、沈 用球
  • 学会等名: 第25回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2014-12-12
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸におけるダブルパルス法による励起子量子ビート制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島 磨、喜多 隆、赤羽浩一
  • 学会等名: 第25回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2014-12-12
• [学会発表] Ultrafast optical switch based on quantum beat oscillation in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Kita, K. Akahane
  • 学会等名: International symposium on recent progress of photonic devices and materials 2014
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2014-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication and characterization of cyanine dye thin films grown by a layer-by-layer method (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Nagauchi, O. Kojima, T. Kita, Y. Shim
  • 学会等名: International symposium on recent progress of photonic devices and materials 2014
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] Thermal enhancement of exciton quantum beat in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Kita, K. Akahane
  • 学会等名: 6th Szeged International Workshop on Advances in Nanoscience 2014
  • 発表場所: Szeged, Hungary
  • 年月日: 2014-10-15
• [学会発表] ダブルパルス-ポンプ-プローブ法による高温下での励起子量子ビートの観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 喜多隆, 赤羽浩一
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] 光スイッチ応用へ向けたシアニン色素薄膜の作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長内順平、小島 磨、喜多 隆、沈 用球
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] GaAs/AlAs 多重量子井戸におけるアップコンバージョン発光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 奥村章平, 喜多隆, 赤羽浩一
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-08
• [学会発表] シアニン色素薄膜を用いた超高速光デバイス開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第4回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 発表場所: 下呂温泉旅館組合 会議室
  • 年月日: 2014-08-06
• [学会発表] Low-power pulse modulation based on exciton quantum beat in a GaAs/AlAs multiple quantum well (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Kita, K. Akahane
  • 学会等名: UK Semiconductors 2014
  • 発表場所: Sheffield, UK
  • 年月日: 2014-07-09
• [備考] 神戸大学大学院工学研究科電気電子工学専攻フォトニック材料学研究室
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/
• [備考] 小島磨
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/kojima/Kojima.htm
• [備考] フォトニック材料学研究室 │ 神戸大学 工学部電気電子工学科／大学院工学研究科電気電子工学専攻
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/
• [備考] 小島磨 Osamu Kojima
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/kojima/Kojima.htm