金属多層超薄膜を用いた高二次非線形光学媒質の開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10875013
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 水谷 五郎 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (30183958)
• キーワード: 光第二高調波発生 / 金属超薄膜 / ガラス / Au界面 / NaCl

研究概要

本研究では,金属多層超薄膜を製作する装置を構築し,大きな二次の非線形感受率を持つ膜を作成して,その感受率を決めている起源を解析することを目的としている.今までに得られた成果を以下に列挙する.
金属超薄膜作成用真空装置の整備
3連の金属蒸着装置を購入し既存の真空装置に装着し稼動させた.これにより金属多層超薄膜の作成が可能になった.また蒸着速度のキャリブレーションを代表的な金属について行い,1nm以下の制度で蒸着速度の制御を可能にした.
短波長励起光によるSHG観測システムの構築
今までのSHG分光システムは迷光の影響で励起光で2eVまでしか測定できなかった.これを紫外域のフィルター,特殊仕様の光電子増倍管等を用いることで,上限エネルギーを励起光で3eVまで上げた.これによりSH光で6eVまでのエネルギー範囲で掃引が可能となり広いのエネルギー領域をカバーできるようになった.
ガラス/Au界面のSHGの励起光子エネルギー依存性
ガラス上にAu膜(100nm)を蒸着し,その界面から発生するSHGの励起光子エネルギー依存性を空気中で観測した.その結果1.25eVと2.5eVに鋭いピークが観測された.これらのピークは同じ準位における1光子共鳴と2光子共鳴であり,界面の電子状態に共鳴している可能性が高い.
NaCl(100)劈開面上のAu薄膜からSHG
超高真空中で,NaCl(100)劈開面上のAu蒸着膜のSHG観測を行った.その結果堆積膜厚で27Å以下の膜と60Åの膜では,異なったエネルギーで表面SH光の共鳴が観測された.これは膜の結晶成長面と表面形状が膜厚により異なっており,その表面電子状態の違いを反映していると考えられる.

研究成果

• [文献書誌] H.Tanaka, G.Mizutani, S.Ushioda: "A new resonance of the surface SHG from GaAs(001)in air" Surface Science. 402-404. 533-536 (1998)
• [文献書誌] E.Kobayashi, T.Wakasugi, G.Mizutani, S.Ushioda: "Optical Second harmonic spectroscopy of rutile TiO_2(110)in air" Surface Science. 402-404. 537-541 (1998)
• [文献書誌] H.Miyaoka, K.Hasebe et al.: "Raman spectrum and normal mode analysis of α-TiCl_3" Vibrational Spectroscopy. 17. 183-186 (1998)
• [文献書誌] H.Sano et.al.: "Enhancement of optical second harmonic response mediated by half-leaky guided modes" Surface Science. (in press).
• [文献書誌] H.Tanaka et.al.: "Excitation energy profile of the SH intensity from a glass-Au interface" Surface Science. (in press).
• [文献書誌] E.Kobayashi, K.Matsuda, G.Mizutani, S.Ushioda: "SHG observation of rutile TiO_2(110)/H_2O interface under UV light illumination" Surface Science. (in press).
• [文献書誌] 田中英樹,脇本裕之,宮崎俊彦,水谷五郎,潮田資勝: "ガラス-Au界面からのSHGの励起光子エネルギー依存性" 真空(掲載予定). 42(3).
• [文献書誌] 大橋弘明,田中英樹,佐野陽之,水谷五郎,潮田資勝: "光第二高調波発生(SHG)法によるGe/Ge-oxide界面の評価" 真空(掲載予定). 42(3).
• [文献書誌] 水谷五郎: "光第二高調波発生・・・分子や結晶が奏でる倍音の世界" 理科教育. 42(3). 69-69 (1999)