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低次元系における電子格子相互作用ダイナミクスの実験的解明

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107517
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードカーボンナノチューブ / グラフェン / コヒーレントフォノン / 電子格子相互作用 / ダイナミクス
研究実績の概要

グラフェンやカーボンナノチューブなど、原子層からなる物質の超高速応答は、これらの物質の物性を理解するうえで必須の、非常に重要な物理的性質であるといえる。本研究ではこのような超高速応答を明らかにするために、サブ10fsの超短パルスレーザーを用いてポンププローブ実験を行い、光励起キャリア、及びコヒーレントフォノンのダイナミクスを明らかにした。特にカーボンナノチューブ系では、励起フォノンの位相や、緩和過程が光励起波長や、フェルミ面の位置によって大きく変化することを見出し、これらが、理論的も理解できることをモデル計算によって示した。以下ではその概要を説明する。
まず、コヒーレントフォノン実験では、プローブ光を波長分解することによって、どの共鳴状態において、フォノンが観測されるかを明らかにした。その結果、フォノンの振幅は、特異点間の共鳴励起が起こる波長で大きくなることを明らかにした。また、観測されるフォノンの位相が、偏光測定に用いる波長板によって大きく変化することを見出した。具体的には、分極の実部もしくは虚部を見ることによって、観測されるフォノンピークがダブルピークからシングルピークに変化することを明らかにした。また、各ピークの位相を観測すると、過去の理論計算の初期位相と一致する事から、波長分解コヒーレントフォノン分光法が、フォノンの位相測定に有効であることを示した。
さらに、カーボンナノチューブにおいて、バイアス電圧を印加することにより、フェルミ面を制御すると、励起状態の緩和過程が大きく変化することを見出した。この緩和過程は励起状態のキャリアと、ディラック電子とがクーロン相互作用により散乱されることで起こっている可能性があることを、理論的な計算を通して明らかにした。これらの結果は、原子層物質のキャリア緩和を理解するうえで重要である。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 謝辞記載あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Terahertz Dielectric Response of Photoexcited Carriers in Si Revealed via Single-Shot Optical-Pump and Terahertz-Probe Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, K. Horiuchi, K. Masuda, J. Takeda, and I. Katayama
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 107 号: 17

    • DOI

      10.1063/1.4934697

    • NAID

      120005667737

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Terahertz-Induced Acceleration of Massive Dirac Electrons in Semimetal Bismuth2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, K. Araki, T. D. Dao, T. Nagao, M. Kitajima, J. Takeda, and I. Katayama
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1038/srep15870

    • NAID

      120006541921

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-Time Observation of Phonon-Polariton Dynamics in Ferroelectric LiNbO3 in Time-Frequency Space2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Ikegaya, H. Sakaibara, Y. Minami, I. Katayama and J. Takeda
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 107 号: 6 ページ: 062901-062901

    • DOI

      10.1063/1.4928480

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ultrafast Time-Resolved Electron Diffraction Revealing the Nonthermal Dynamics of Near-UV Photoexcitation-Induced Amorphization in Ge2Sb2Te52015

    • 著者名/発表者名
      M. Hada, W. Oba, M. Kuwahara, I. Katayama, T. Saiki, J. Takeda, and K. G. Nakamura
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1038/srep13530

    • NAID

      120005667739

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time-Frequency Two-Dimensional Imaging Spectroscopy Using a Reflective Echelon Mirror2015

    • 著者名/発表者名
      J. Takeda, Y. Minami, and I. Katayama
    • 雑誌名

      Rev. Laser Eng.

      巻: 43 ページ: 208-212

    • NAID

      130007957109

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ナノカーボンのディラック電子=フォノン間相互作用ダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      片山郁文、武田淳、北島正弘
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 70 ページ: 770-775

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz-field-induced Nonlinear Electron Delocalization in Au Nanostructures2015

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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 Nanotubes2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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 Waves2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coherent Phonon and Surface-Enhanced Raman Scattering Dynamics in Solids2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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 Spectroscopy2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Chirality Determination of Carbon Nanotube Solution Using Coherent Phonon Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      R-J. Xu, I. Katayama, Y. Minami, M. Kitajima, K. Yanagi, and J. Takeda
    • 学会等名
      The 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of Coherent Phonons in Metallic Single-walled Carbon Nanotubes2015

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama, K. Maekawa, K. Sato, Y. Minami, K. Yanagi, M. Kitajima, and J. Takeda
    • 学会等名
      The 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic and Coherent-Phonon Resonances in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes2015

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama, K. Sato, Y. Minami, M. Kitajima, K. Yanagi, and J. Takeda
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
    • 発表場所
      Lake Biwa, Japan
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Long-lived Photoexcited Carriers in Si Revealed via THz Single-shot Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, K. Masuda, K. Horiuchi, M. Kitajima, J. Takeda, and I. Katayama
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
    • 発表場所
      Lake Biwa, Japan
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrafast Expansion of Vibronic Modes in Alkanthiol Chain Adsorbed on Silver Nano-particles2015

    • 著者名/発表者名
      K. Shudo, N.Sugiyama, I.Katayama, M. Kitajima, and J. Takeda
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
    • 発表場所
      Lake Biwa, Japan
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Terahertz Response of Long-lived Photoexcited Electrons in Silicon Observed Using Singleshot Terahertz Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama, K. Masuda, K. Horiuchi, Y. Minami, and J. Takeda
    • 学会等名
      The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2015)
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      2015-05-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron Dynamics in a Gold Thin Film Accelerated via an Intense Terahertz Field2015

    • 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
      The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2015)
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      2015-05-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Broadband Single-Shot Spectroscopy Applicable to Photoinduced Nonlinear Dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      J. Takeda, Y. Minami and I. Katayama
    • 学会等名
      Korea-Japan Joint Symposium on Semiconductor Physics and Nanophotonics
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2015-04-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fermi Energy Dependence of High-Frequency Coherent Phonons in Metallic Carbon Nanotubes2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinear Dynamics of Electrons on Dirac-Like Band in Semi-Metal Bismuth Induced by an THz Electric Pulse2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Single-Shot Visualization of Ultrafast Amorphization in Chalcogenide Alloy Thin Films2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinear Response of Au Nanostructures Observed with Intense THz Pulses2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinear Carrier Responses in Gold Thin Films Induced by Intense Terahertz Waves2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Electrochemical Control of Coherent Phonon Generations in Single-walled Metallic Carbon Nanotubes2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Single-shot Real-time Observation of Ultrafast Amorphization in Ge2Sb2Te5 Thin Film2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinear Carrier Dynamics in Semi-Metal Bismuth Induced by Intense Terahertz Field2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Carrier Dynamics of a Bismuth Thin Film Accelerated via Intense Terahertz Field2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Broadband Terahertz Generation Approaching Optical Communication Frequency Using Tilted DAST Crystals2014

    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 武田・片山・南研究室HP

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] YNU研究拠点「光ナノ計測」

    • URL

      http://www.laser-nanoscience.ynu.ac.jp/ja/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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