数サイクル高強度中赤外電界下の固体の極限応答探索

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04816
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石井 順久 東京大学, 物性研究所, 助教 (40586898)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 赤外フェムト秒光源 / 高次高調波発生

研究実績の概要

平成29年度に開発した中赤外光源を用いて、実際の固体高調波に関する知見を得た。固体に印加している最中の、過渡的なタイミングで、可視光のプローブを入れ、固体の透過、反射スペクトルを測定した。バンド構造を調べるための、中赤外の波長で決まる振動時間（6000 nmで20フェムト秒）より短いプローブ光の同期システムを開発した。
固体バンド構造決定と高調波計測装置開発として、赤外光源でワイドギャップ半導体を励起して、非線形光学応答を誘起した際の可視、紫外スペクトル領域での計測を行った。試料としては2次元系のセレン化ガリウムや、典型的な半導体であるガリウムひ素を用いて、紫外線に至る高次高調波発生に成功している。この高次高調波発生に際し、高調波の光子エネルギーが典型的なブリルアンゾーン内の電子波数に台頭しており、バンド構造の再構築に必要な曲率の決定を行った。これは高次高調波の偏光測定によって得られたものである。高次高調波のスペクトルは透過並びに反射の両配置で計測して、固体内を伝搬する効果を明らかにした。
紫外線は化学反応追跡、光電子分光等の応用範囲が大きいスペクトル領域ではあるが，物質の屈折率が低く、透過率が低いために、光学素子を作成することが非常に困難かつ、高額であるが、極限的非線形光学効果を用いることによって、赤外光源の制御と固体高調波発生媒質の人工構造成型を通して、紫外高調波の偏光制御を行った。光電子分光では一パルスあたりの放出される電子数が、スペースチャージにより分解能をリミットする。固体高調波発生では、発生に必要な強度が気体よりも低く抑えられており、高調波発生に必要なエネルギーが低く、高繰り返し化可能であり、適合性が良い知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] High-order harmonic generation from hybrid organic-inorganic perovskite thin films (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideki Hirori, Peiyu Xia, Yasushi Shinohara, Tomohito Otobe , Yasuyuki Sanari, Hirokazu Tahara, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Kenichi L. Ishikawa, Tomoko Aharen, Masashi Ozaki, Atsushi Wakamiya, and Yoshihiko Kanemitsu
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 7 ページ: 041107
  • DOI: 10.1063/1.5090935
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] All-optical characterization of the two-dimensional waveform and the Gouy phase of an infrared pulse based on plasma fluorescence of gas (2018)
  • 著者名/発表者名: Nariyuki Saito, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, and Jiro Itatani,
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 ページ: 24591-24601
  • DOI: 10.1364/OE.26.024591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polarization-Resolved Study of High Harmonics from Bulk Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Kaneshima, Yasushi Shinohara, Kengo Takeuchi, Nobuhisa Ishii, Kotaro Imasaka, Tomohiro Kaji, Satoshi Ashihara, Kenichi L. Ishikawa, and Jiro Itatani
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 ページ: 243903
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.243903
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of sub-two-cycle CEP-stable optical pulses at 3.5 um from a KTA-based optical parametric amplifier with multiple-plate compression (2018)
  • 著者名/発表者名: Faming Lu, Peiyu Xia, Yoshiyuki Matsumoto, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, and Jiro Itatani
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 43 ページ: 2720-2723
  • DOI: https://doi.org/10.1364/OL.43.002720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear propagation effects in high harmonic generation in reflection and transmission from gallium arsenide (2018)
  • 著者名/発表者名: Peiyu Xia, Changsu Kim, Faming Lu, Teruto Kanai, Hidefumi Akiyama, Jiro Itatani, and Nobuhisa Ishii,
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 ページ: 29393-29400
  • DOI: 10.1364/OE.26.029393
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photo-induced semimetallic states realised in electron-hole coupled insulators (2018)
  • 著者名/発表者名: Kozo Okazaki, Yu Ogawa, Takeshi Suzuki, Takashi Yamamoto, Takashi Someya, Shoya Michimae, Mari Watanabe, Yangfan Lu, Minoru Nohara, Hidenori Takagi, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Takashi Mizokawa, and Shik Shin,
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 4322
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06801-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 固体における強光子場科学のための中赤外光源開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井順久
  • 学会等名: 第39回レーザー学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 固体のサブサイクル分光に向けての3.5um帯CEP安定中赤外パルスの電気光学サンプリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 夏 沛宇、Lu Faming、金島 圭佑、石井 順久、金井 輝人、板谷 治郎
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 高次高調波を用いた400 eVにおける窒素分子の時間分解軟X線吸収分光 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 成之、三戸 宏樹、石井 順久、金井 輝人、板谷 治郎
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Polarization properties of high harmonics in solids using linearly and circularly polarized infrared optical pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Ishii
  • 学会等名: The 9th Asian Workshop on Generation and Application of Coherent XUV and X-ray Radiation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Complete characterization of an optical waveform by luminescence from gas plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Nariyuki Saito, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, and Jiro Itatani,
  • 学会等名: The 7th Advanced Lasers and Photon Sources
  • 国際学会
• [学会発表] 「水の窓」全域にわたる軟Ⅹ線高調波発生 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三戸宏樹、齋藤成之、石井順久、金井輝人、板谷治郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 反射配置でのGaAsからの高次高調波発生と伝搬効果の評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 夏沛宇、金昌秀、Faming Lu、石井順久、金井輝人、秋山英文、板谷治郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 高強度赤外電場による光電子放出過程の搬送波包絡線位相依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水野智也、Dagar Ritika、竹内健悟、石井順久、金井輝人、板谷治郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 固体結晶からの高次高調波発生の偏光分解測定 高調波の偏光に電子状態の異方性が映し出されることを実証
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=5281