超短光パルス制御による励起子非線形光学応答制御

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19760218
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 小島 磨 神戸大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00415845)
• 研究協力者: 和田 修 神戸大学, 大学院・工学研究科電気電子工学専攻, 教授 (90335422) ; 喜多 隆 神戸大学, 大学院・工学研究科電気電子工学専攻, 教授 (10221186) ; 渡部 真吾 神戸大学, 大学院・工学研究科, 学生 ; 宮川 歩弓 神戸大学, 大学院・工学研究科, 学生 ; 井須 俊郎 徳島大学, 大学院・フロンティア研究センター, 教授
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: 薄膜 / 量子構造

研究概要

半導体薄膜中に閉じ込められた励起子の光学非線形性を利用した超高速光デバイスを実現するために、励起光パルスを制御して励起子応答を制御することを目的に研究を行なった。その結果、励起するレーザーパルスのスペクトル幅を制御して複数の励起子準位を励起することで、励起子準位間の干渉効果に起因した高強度な超高速応答を得られることが分かった。また、励起子状態を光制御するための基礎的な知見を得ることができた。これらの結果は、高光学非線形性と超高速応答性が要求される超高速光スイッチの実現に向けて、重要な知見であると考える。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast All-Optical Control of Excitons Confined in GaAs Thin Films (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, A. Miyagawa, T. Kita, O. Wada, T. Isu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 1 ページ: 112401-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence characteristics of quantum dots with electronic states interconnected along growth direction (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, H. Nakatani, T. Kita, O. Wada, K. Akahane, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 103 ページ: 113504-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral width dependence of residual carrier effect on nonlinear optical response of weakly confined excitons (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Isu, J. Ishi-Hayase, A. Kanno, R. Katouf, M. Sasaki, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 5 ページ: 2858-2860
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast response induced by interference effects between weakly confined exciton states (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Isu, J. Ishi-Hayase, A. Kanno, R. Katouf, M. Sasaki, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 77 ページ: 044701-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of excitation spectral width on decay profile of weakly confined excitons (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Isu, J. Ishi-Hayase, A. Kanno, R. Katouf, M. Sasaki, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 128 ページ: 966-968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decay of orientational grating of weakly confined excitons in GaAs thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Isu, J. Ishi-Hayase, A. Kanno, R. Katouf, M. Sasaki, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 128 ページ: 963-965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of nonlinear optical response of weakly confined excitons in GaAs thin films by spectrally rectangle-shape-pulse-excitation (2007)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Isu, J. Ishi-Hayase, M. Sasaki, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 61 ページ: 618-622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast nonlinear optical response of weakly confined excitons in GaAs thin films (2007)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Isu, J. Ishi-Hayase, M. Sasaki, M. Tsuchiya
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 4 ページ: 1731-1734
  • 査読あり
• [学会発表] GaAs薄膜における励起子過渡応答に対する空間コヒーレンス効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 超高速全光スイッチに向けた励起子光学非線形応答制御Control of optical nonlinear response of excitons towards to ultrafast all-optical switches (2009)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: ナノ学会ナノ構造・物性部会 第1回研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2009-01-23
• [学会発表] Optical control of residual excitons for ultrafast nonlinear response in GaAs thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: 8th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20080622-27
• [学会発表] Optical cancellation of exciton population in GaAs thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: 3rd International Laser, Light-Wave and Microwave Conference
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 20080423-25
• [学会発表] 積層超高密度量子ドットの発光特性に対する3次元的結合効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第19回光物性研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2008-12-06
• [学会発表] GaAs薄膜における超高速励起子密度制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 日本物理学会第2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 積層量子ドットにおける励起子発光強度に対する電子間結合効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] GaAs薄膜における閉じ込め励起子の密度制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小島磨, 喜多隆, 和田修, 井須俊郎
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] Lengthening of photoluminescence decay time owing to expansion of electron envelope functions in stacked quantum dots (2008)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: 3rd International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications
  • 発表場所: Edmonton, Canada
  • 年月日: 2008-07-23
• [学会発表] GaAs薄膜における閉じ込め励起子の超高速非線形応答の励起光強度依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] Spectral width dependence of residual carrier effect on nonlinear optical response of weakly confined excitons (2007)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: 34th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20071015-18
• [学会発表] 弱閉じ込め励起子の配向緩和 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20070921-24
• [学会発表] Interference effects between weakly confined exciton states on exciton dephasing (2007)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 戦略的創造研究推進事業「新しい物理現象や動作原理に基づくナノデバイス・システムの創製」研究領域ナノテクデバイス研究会
  • 発表場所: 産業総合研究所
  • 年月日: 20070709-10
• [学会発表] Interference effects on degenerate four-wave-mixing signals by weakly confined exciton states (2007)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第26回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖
  • 年月日: 20070704-06
• [学会発表] Effects of excitation spectral width on decay profile of weakly confined excitons (2007)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: 16th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids
  • 発表場所: Segovia, Spain
  • 年月日: 20070617-22
• [学会発表] Decay of orientational grating of weakly confined excitons in GaAs thin films (2007)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima
  • 学会等名: 16th International Conference on Dynamical Processes in Exited States of Solids
  • 発表場所: Segovia, Spain
  • 年月日: 20070617-22
• [学会発表] 弱閉じ込め励起子の非線形光学応答に対する残留キャリア効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小島磨
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-06
• [備考] JPSJ Editors' Choice受賞2008.3.25(Journal of Physical Society of Japan誌編集部が選ぶ注目論文として)
• [備考] 日経工業新聞4/15、科学新聞4/23、日本物理学会誌7月号において、本研究の成果である励起子の超高速応答が紹介。
• [備考] ICOOPMA'08 Best Poster Award受賞2008.7.23国際会議3rd International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applicationsにおいて。
• [産業財産権] 超高速光スイッチ (2008)
  • 発明者名: 小島磨, 井須俊郎, 土屋昌弘, 菅野敦史
  • 権利者名: 科学技術振興機構、神戸大学、情報通信研究機構
  • 産業財産権番号: 特願2008-241688
  • 出願年月日: 2008-09-19