中赤外レーザーを用いたエネルギー機能材料におけるフォノンの生成変換過程の制御

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K05295
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分36020:エネルギー関連化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 蜂谷 寛 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90314252)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 自由電子レーザー / ラマン散乱 / 中赤外線 / フォノン

研究成果の概要

自由電子レーザー(FEL)光源を利用した新しいフォノン分光の確立を目指した。エネルギー生成・貯蔵の過程における損失となる熱を理解し、より革新的な材料開発に生かすため、波長可変な中赤外FELを用いて固体における個々のフォノンモードを自由に選び、励起できる、新たな分光法の確立を目的とした。 ダイヤモンドにおける赤外不活性な振動モードのFEL二光子励起による選択励起に成功したが、レーザー照射に伴う試料表面の破壊で励起フォノンが赤方偏移した。測定光学系の見直しで破壊のない測定条件で高感度の信号の検出が可能となり、赤方偏移も解消された。選択励起フォノン・モードの選択肢が赤外不活性モードへと拡大された。

自由記述の分野

材料固体物性

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、「フォノンエンジニアリングという概念が創生されるにともなって、ナノレベルでのフォノンの振る舞いから次世代メモリやパワー半導体のよりすぐれた特性、熱電素子のような直接熱制御の関わるデバイスの性能を、光エネルギー利用半導体における格子振動特性と合わせて、統一的に理解し、より革新的な材料開発に生かそうとする流れが生まれている。本研究では、中赤外自由電子レーザー光源を利用した新しいフォノン分光の確立を目指すことにより、FEL励起による選択的モード励起がエネルギー現象における重要な諸物性の発現メカニズムの解明へ応用可能であることが、学術的・社会的意義である。