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2016 年度 実績報告書

コヒーレント縦光学フォノン-プラズモン結合モードによる周波数可変テラヘルツ波発生

研究課題

研究課題/領域番号 15K13341
研究機関大阪市立大学

研究代表者

中山 正昭  大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (30172480)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードコヒーレント縦光学フォノン-プラズモン結合モード / テラヘルツ電磁波 / コヒーレント縦光学フォノン / テラヘルツ周波数可変性 / GaAsエピタキシャル構造
研究実績の概要

下記の試料を対象として、フェムト秒パルスレーザー励起により発生するテラヘルツ(THz)電磁波を時間分解THz分光法により検出した。研究実績概要は、以下の通りである。
1. ノンドープGaAs(d nm)/p型GaAs(i-GaAs/p-GaAs)エピタキシャル構造(d=200、500、800)を対象として、THz電磁波時間領域信号の励起強度依存性の系統的な測定を行い、そのフーリエ変換スペクトルから、全ての試料において、コヒーレント縦光学(LO)フォノン-プラズモン結合(LOPC)モードの上下分枝[LOPC(+)とLOPC(-)]のTHzスペクトルを明確に観測した。LOPCモードの誘電関数に基づいて振動数のキャリア濃度依存性の解析を行い、LOPCモード振動数が光生成電子濃度によって決定されることが明らかとなった。即ち、i-GaAs/p-GaAs構造においても、昨年度のi-GaAs/n-GaAs構造と同様に、研究目的であるLOPCモードの周波数可変性(制御性)を実証した。具体的には、i-GaAs/p-GaAs構造の場合、LOPC(-)モードの周波数を2.6THzから4.9THzまで励起強度により変化させることができた。
2. i-GaAs(200 nm)/n-GaAsエピタキシャル構造を対象として、LOPCモードから発生するTHz電磁波の減衰ダイナミクスを詳細に調べた。その結果、LOPC(-)モードの寿命はLOPC(+)モードよりも短く、LOPC(+)モードの寿命はコヒーレントLOフォノンよりも短いことが明らかになった。この結果について、LOPCモードの位相緩和時間に関するモデルに基づき解析し、フォノン強度(LOPCモードに含まれるフォノン割合)がLOPCモードの寿命を支配しているという結果が得られた。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Longitudinal optical phonon-plasmon coupled mode in undoped GaAs/n-type GaAs epitaxial structures observed by Raman scattering and terahertz time-domain spectroscopic measurements: Difference in observed modes and initial polarization effects2017

    • 著者名/発表者名
      Hideo Takeuchi, Takahiro Sumioka, and Masaaki Nakayama
    • 雑誌名

      IEEE Trans. THz Sci. Technol.

      巻: 7 ページ: 124-130

    • DOI

      10.1109/TTHZ.2017.2650220

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Unique characteristics of nonequilibrium carrier transport dynamics in an undoped GaAs/n-type GaAs epitaxial structure2016

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Hasegawa and Masaaki Nakayama
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 9 ページ: 071001-1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.9.071001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] i-GaAs/n-GaAsエピタキシャル構造におけるコヒーレントLOフォノン-プラズモン結合モードからのテラヘルツ電磁波放射の減衰過程2017

    • 著者名/発表者名
      住岡隆裕、竹内日出雄、中山正昭
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-18
  • [学会発表] i-GaAs/n-GaAsエピタキシャル構造におけるコヒーレントLOフォノン-プラズモン結合モードからのテラヘルツ電磁波放射の減衰ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      住岡隆裕、竹内日出雄、中山正昭
    • 学会等名
      第27回光物性研究会
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-12-02
  • [学会発表] i-GaAs/n-GaAsとi-GaAs/p-GaAsエピタキシャル構造におけるテラヘルツ電磁波放射特性の対比2016

    • 著者名/発表者名
      住岡隆裕、竹内日出雄、中山正昭
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-15
  • [学会発表] Appearance of coherent LO phonons during the decay of LO-phonon-plasmon coupled mode in an undoped GaAs/n-type GaAs epitaxial structure2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Sumioka, Hideo Takeuchi, and Masaaki Nakayama
    • 学会等名
      19th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
    • 発表場所
      Chimie ParisTech (Paris, France)
    • 年月日
      2016-07-18
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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