• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2016 年度 実績報告書

単一アト秒パルスを用いた超高速光応答デバイスの実現

研究課題

研究課題/領域番号 16H05987
研究機関日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所

研究代表者

増子 拓紀  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (60649664)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードアト秒科学 / 高強度物理 / 超高速レーザー物理 / 量子光エレクトロニクス / 量子光学 / 原子・分子光学物理 / 高次高調波 / アト秒パルス
研究実績の概要

現在の電子応答デバイスは、ラジオ周波数帯のマイクロ波を基に動作し、その周波数はテラヘルツ(10^12 Hz:THz)程度に留まる。本研究は、より高周波領域の光電界を利用し、半導体や絶縁体内部で生じる超高速の電子応答特性について研究を行っている。光電界により生じる電子分極は、アト秒時間(10^-18 秒:as)で振動する電子運動(双極子振動)を誘起する。本研究では、単一化された660アト秒(10^-18 秒:as)パルスを用いて、窒化ガリウム(GaN)半導体中で生じる860 asの電子振動計測に成功した[H. Mashiko et al., Nature Phys. 5, 741 (2016): Featured on cover]。その動作周波数は1.16 PHzに達し、時間分解分光計測法(ポンプ・プローブ法)において観測された振動現象としては、過去最高の周波数を持つ。この様な半導体電子系が有する超高周波応答は、将来の時間領域における信号処理技術の高速化に応用できる可能性が有り、また半導体の新たな光機能性を実現する上で重要な知見になると考えられる。また、固体電子系の応答現象は未解明な部分も多く、電子の初期挙動を知ることは学術的にも大きな意義を持つ。本研究では、このペタヘルツ級の電子振動が作り出す物理現象(反射・吸収・屈折・光放射・光電流等)を調査する共に、新たな機能性を探索する。同時に、アト秒パルスの更なる短パルス化を図り、より高周波の電子振動計測を実現する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度の実験では、660 asのパルス幅を持つ単一アト秒パルスを、192 asにまで短パルス化し、GaN半導体[3.4 eV]よりさらにワイドギャップのアルミナ(α-Al2O3)絶縁体[8.7 eV]に対する過渡吸収分光計測を行なった。光電界により誘起される電子振動の周波数(振動周期)は、物質の持つバンドギャップに強く依存する。結果として、近赤外フェムト秒パルス(パルス幅:7 fs)により誘起されたアルミナ絶縁体の振動周期は381 as(2.6 PHz)にまで達し、時間分解計測により観測された電子ダイナミクスとして最高の周波数記録を更新した。さらに、極端紫外領域(XUV)に達するアト秒パルス[42 eV中心光子エネルギー]により観測された電子振動は、フーリエ変換(FT)により非常に高い遷移エネルギー迄を調査することが可能である。ここでは、アルミナ絶縁体電子系に対して、最大12 eVまでの電子応答特性を評価した。この遷移エネルギーは、半導体のみならず、ほぼ全ての絶縁体のバンドギャップエネルギーをカバーし、固体物質中の高速電子応答特性を広く調査することが可能であることを示唆している。これらの利点から、従来の近赤外パルスを用いたフーリエ変換分光法(FTIR)を進化させた極端紫外フーリエ変換分光法(FTXUV)としても提唱できる。

今後の研究の推進方策

今後は更なる発展系として、アト秒パルス誘起のペタへルツ周波数を伴う光電流検出実験を行う予定である。過渡吸収や反射分光を基本とした電子振動の計測は、吸収体や反射体としての半導体の機能性を満たしているが、将来的な高速信号処理の応用を考慮するならば、光電流検出は重要なステップとなる。実験サンプルとしては、代表的な半導体素子(Si・GaN等)に電極配線を施し、電流検出を試みる。また、アト秒パルス誘起の光電流検出は、非常に微弱な信号であることが予測されるため、アト秒パルスの3 kHzの高繰り返し化およびnJ級へのハイパワー化を行う。また、ロックイン検出を利用した光電流計測等の検出技術を改善し、これらの問題に対処する。一方で、より高周波の電子振動計測を可能とするために、更なるアト秒パルスの短パルス化(サブ50アト秒)と広帯域化(100eVの光子エネルギー)を目指す。昨年度に導入した高分解光電子分光器を用いたアト秒パルスの計測装置を構築しており、パルス計測を試みる予定である。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 10件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 半導体電子系におけるペタヘルツ光学動作2017

    • 著者名/発表者名
      増子拓紀、小栗克哉、後藤秀樹
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 45 ページ: 217-220

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation of isolated attosecond pulse with over 70 eV bandwidth by double optical gated sub-two-cycle pulse2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Tatsuya Ogawa, Y. Hanada, and Hideki Gotoh
    • 雑誌名

      Proceedings International Conference on Ultrafast Phenomena (2016)

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      https://doi.org/10.1364/UP.2016.UW2B.4

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Petahertz optical drive with wide-bandgap semiconductor2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Mashiko, Tomohiko Yamaguchi, Katsuya Oguri, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 雑誌名

      Nature physics

      巻: 12 ページ: 741-745

    • DOI

      doi:10.1038/nphys3711

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Petahertz optical drive with wide-bandgap materials2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, Yuta Chisuga, Hiroyuki Masuda, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, Ikufumi Katayama, Jun Takeda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      2017 IEEE Photonics Conference (IPC 2017)
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      2017-10-01 – 2017-10-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observation of petaherz electronic oscillation in semiconductor based on attosecond spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 7th Shanghai-Tokyo Advanced Research Symposium on Ultrafast Intense Laser Science (STAR 7)
    • 発表場所
      湘南国際村センター(神奈川県三浦郡葉山町)
    • 年月日
      2017-05-21 – 2017-05-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Petahertz semiconductor drive characterized by isolated attosecond pulse2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 8th asian workshop on generation and application of coherent XUV and x-ray radiation (8th AWCXR)
    • 発表場所
      Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      2017-03-27 – 2017-03-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transient absorption spectroscopy of Al2O3 insulator electronics2017

    • 著者名/発表者名
      Yuta Chisuga, Hiroyuki Masuda, Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 12th Nano technology symposium in Yokohama National University
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] Generation and temporal characterization of isolated attosecond pulse using double optical gating method2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Masuda, Yuta Chisuga, Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 12th Nano technology symposium in Yokohama National University
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] Light-induced electron dynamics in semiconductor using attosecond light source ~petahertz electric manipulation2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The Japan society of applied physics/Quantum electronics symposium
    • 発表場所
      上智大学(長野県北佐久郡軽井沢町)
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Petaherz electronic response in semiconductor2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 9th asian symposium on intense laser science (ASILS 9)
    • 発表場所
      Ninh Binh City, Vietnam
    • 年月日
      2016-11-06 – 2016-11-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Petahertz engineering with attosecond light source2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 4th RIKEN symposium
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2016-11-06 – 2016-11-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Generation of isolated attosecond pulse with broader than 100 eV bandwidth2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      The 77th autumn meeting of the Japan society of applied physics and related societies
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Generation of isolated attosecond pulse with over 70 eV bandwidth by double optical gated sub two-cycle pulse2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      International conference on ultrafast phenomena 2016 (UP 2016)
    • 発表場所
      Santa Fe, USA
    • 年月日
      2016-07-17 – 2016-07-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Attosecond pulse generation and its application2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      International workshop on theory for attosecond quantum dynamics 15 (IWTAQD 15)
    • 発表場所
      電気通信大学(東京都調布市)
    • 年月日
      2016-06-21 – 2016-06-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultrafast x-ray spectroscopy for pioneering attosecond electron dynamics-towards petahertz engineering2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Oguri, Hiroki Mashiko, Hidetoshi Nakano, Y. Okano, Tadashi Nishikawa, Keiko Kato, Atsushi Ishizawa, Kouta Tateno, Tomohiko Yamaguchi, T. Tsunoi, Akira Suda, Tetsuomi Sogawa, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      International workshop on theory for attosecond quantum dynamics 15 (IWTAQD 15)
    • 発表場所
      電気通信大学(東京都調布市)
    • 年月日
      2016-06-21 – 2016-06-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Petahertz frequency operation with gallium nitride semiconductor2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, Tomohiko Yamaguchi, Akira Suda, and Hideki Gotoh
    • 学会等名
      Conference on laser engineering and applications and the quantum electronics laser science conference 2016 (CLEO/QELS 2016)
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      2016-06-05 – 2016-06-10
    • 国際学会
  • [備考] 報道発表記事

    • URL

      http://www.ntt.co.jp/news2016/1604e/160411b.html

URL: 

公開日: 2018-01-16  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi