シングルショットフェムト秒分光法の開発と固体中の不可逆光誘起現象の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11440091
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 武田 淳 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (60202165)
• 研究分担者: 栗田 進 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30089833)
• キーワード: 不可逆光誘起現象 / シングルショット / フェムト秒分光法 / 光カーゲート法 / ZnOエピタキシャル薄膜 / 光誘起磁気相転移 / ヘテロ環状ラジカル

研究概要

超高速で生じる光誘起現象を捉える分光法の開発およぴ興味ある光誘起現象を示す物質の探索を行った。分光法の開発においては、光カーゲート時間分解発光分光法および不可逆光誘起現象の過渡的振る舞いを明らかにできるシングルショット過渡吸収分光法の開発を行った。
光カーゲート時間分解発光分光法を用いて、ZnOエピタキシャル薄膜中に高密度に光励起された電子-正孔プラズマ状態からの時間分解発光スペクトルを測定した。その結果、約1psでホットキャリアがリノーマライズされたバンドギャップに向かって緩和し熱分布した電子-正孔プラズマ状態になること、その後〜3psで電子-正孔の輻射再結合によりキャリア密度は減少しリノーマライズされたバンドギャップがもとの値に回復することなどを見い出し、この分光法の物性研究への有効性を示した。
プローブ光として単色光を用い、シングルショット過渡吸収分光法の動作テストを行った。HITCI色素の吸収のブリーチングを観測したところ、250フェムト秒間隔の分子振動をレーザパルス100ショットの積算で明瞭に観測できた。しかしながら、当初目的の1ショット(シングルショット)では、SNの良いデータの取得はできなかった。今後プローブ光を白色光にし時間及びスペクトル情報を瞬時に計測できるシステムにするとともに、1ショットにおいてもSNの良いデータ取得ができるように改良を加えていきたい。
興味ある光誘起現象を示す物質として室温付近で巨大な温度履歴と磁気双安定領域を有するヘテロ環状ラジカルTTTA結晶を取り上げ、その磁気秩序の光制御を試みた。室温においてTTTA結晶の高温相へ光照射を行ったところESR信号強度の減少が見られた。また照射後の試料を高温相へ相転移する温度まで温めその後測定したところ、信号強度は光照射前の強度まで回復した。このことは、光照射により高温相の一部が低温相へ相転移した可能性を示している。

研究成果

• [文献書誌] J.Takeda, H.Jinnouchi, S.Kurita, Y.F.Chen, T.Yao: ""Dynamical Properties of Electron-hole Plasma in ZnO Epitaxial Thin Films Studied by Optical Kerr Gate Luminescence Spectroscopy""Proceedings of the 25^<th> International Conference the Physics of Semiconductors, Eds. N.Miura and T.Ando(Springer, Berilin, 2001). 87. 1549-1550 (2001)
• [文献書誌] J.Takeda: ""Femtosecond Optical Kerr Gate Fluorescence Spectroscopy for Ultrafast Relaxation processes of β-Carotene""Carotenoid Science. 4. 60-61 (2001)
• [文献書誌] S.Tomimoto, S.Saito, T.Suemoto, J.Takeda, S.Kurita: ""Femtosecond Relaxation Dynamics of Excitons in 1D CDW Systems""J. Lumin.. 94-95. 653-657 (2001)
• [文献書誌] J.Takeda, T.Sakamoto, T.Arai, S.Kurita: ""Exciton dynamics of orthorhombic phase PbI_2 embedded in Pb1_2 PbBr_2 Mixed Crystals""International Journal of Modern Physics B. 15. 3845-3848 (2001)
• [文献書誌] J.Takeda, S.Kurita, Y.F.Chen, T.Yao: ""Ultrafast Carrier Dynamics in ZnO Epitaxial Thin Films Studied by Optical Kerr Gate Luminescence Spectroscopy""International Journal of Moder Physics B. 15. 3669-3672 (2001)
• [文献書誌] S.Tomimoto, S.Saito, T.Suemoto, K.Sakata, J.Takeda, S.Kurita: ""Bridging-Halogen Dependence of Ultrafast Dynamics of Excitons in Quasi-One-Dimensional Platinum Complexes""International Journal of Modern Physics B. 15. 3981-3984 (2001)
• [文献書誌] J.Takeda, H.Jinnouchi, S.Kurita, Y.F.Chen, T.Yao: ""Dyanamics of Photoexcited High Density Carriers in ZnO Epitaxial Thin Films""phys. stat. sol. (b). 229. 877-880 (2002)
• [文献書誌] J.Takeda, M.Imae, S.Kurita, T.Kodaira: ""Thermochromism and Magnetic Phase Transition in an Organic Radical 1, 3, 5-Trithia-2, 4, 6-Triazapentalenyl"Phase Transitions. (印刷中). (2002)