| 研究課題/領域番号 |
20H02703
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
加藤 景子 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (40455267)
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| 研究分担者 |
小栗 克弥 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 部長 (10374068)
国橋 要司 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (40728193)
増子 拓紀 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60649664)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | アト秒 / オペランド |
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| 研究実績の概要 |
2021年1月に現所属へ異動したことから2021年度は以下の2つの課題に取り組んだ。
第一にアト秒時間分解反射率測定装置の再立ち上げであり、第二に単結晶シリコンにおける過渡反射率および過渡光電流計測である。
第一の課題に関しては、市販光源から得られる近赤外領域超短パルスレーザー(時間幅50フェムト秒)を中空ファイバにより10フェムト秒にパルス圧縮した。そして同光を用いた時間分解反射率測定装置を立ち上げた。同装置により、ダイヤモンドの炭素伸縮振動モードに由来したコヒーレントフォノンの観測に成功した。本結果は装置の時間分解能が12.5 fsより高い時間分解能を持つことを意味する。よって、ポンプ光に関してはシステムの限界に到達できたといえる。さらにアト秒パルス光発生のための高次高調波発生装置を製作した。同装置を用いて近赤外10フェムト秒パルス光を波長変換したところ、波長35 nm付近(23次光)までの極端紫外光の発生を確認した。本装置によれば数百アト秒程度の時間幅のパルス光が得られる。得られた極端紫外光による過渡反射計測を行うために、真空チャンバ内で試料の位置調整が可能なステージの導入、極端紫外光を検出するための検出部およびデータ取り込みシステムを構築した。
第二の課題については、現在の実験条件に対して電流計測と光計測の信号を同時に検出する条件を満たす試料がシリコンでは容易には入手できないことがわかった。そこで別の試料を検討したところ、名古屋大学阿波賀研究室が手掛ける有機半導体(フタロシアニンとフラーレン分子)をベースとした試料が測定条件に適合していることがわかった。そこで同研究室に時間分解計測に適した試料の作成を依頼した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2021年1月に現所属への異動となり、2021年度は装置の再立ち上げに主に取り組んだため当初予定していた計画より進捗が遅れた。また、研究立案時に検討していたレーザー光源の仕様と現在、実験に用いている光源の仕様が異なったため、研究計画の変更が必要であることがわかった。具体的にはレーザーの光量低下(2.0 mJ/pulseから0.8 mJ/pulse)および時間幅が長くなったこと(20 fsから50 fs)である。これらによりアト秒パルス光の光量が大幅に低下したため過渡反射計測の信号検出が困難になってしまった。そこで現在の実験条件でも信号検出ができるような研究計画および実験条件の再検討を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は以下の2つの課題に取り組む。第一に極端紫外領域超短パルス光を用いた過渡反射計測であり、第二に時間分解光電流計測である。
第一の課題では、昨年度の結果を踏まえて以下の改良に取り組む。まず試料への光の入射を直入射から斜入射とすることで試料からの反射光強度の向上を図る。それでも信号検出に至らない場合はこれまでに用いてきた13次前後(波長60 nm)の極端紫外光ではなく、より長波長の光を用いることでプローブ光の光量を稼ぐ。これらの対応により時間分解能の低下はやむをえないが、光源側の仕様(強度および時間幅)が改善されれば本課題で確立した技術はアト秒時間分解オペランド計測法へ展開できる。よって本課題では過渡反射信号の検出を最優先として取り組む。
第二の課題では、有機半導体をベースとした電極を対象として光過渡反射および電流計測を試みる。これにより光学計測に依って得られるキャリア・フォノンダイナミクスと光電流ダイナミクスの因果関係の解明を目指す。本課題の困難な点は、ポンプ光によって変調を受けた光電流をいかにして抽出するかにある。この問題点についてはロックイン検出によりポンプ光による変調成分のみを選択的に抽出することで解決を試みる。
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