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2014 年度 実績報告書

カーボンナノチューブにおけるコヒーレント電子励起状態の生成と制御

研究課題

研究課題/領域番号 25800177
研究機関横浜国立大学

研究代表者

片山 郁文  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80432532)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードコヒーレントフォノン / 電子格子相互作用 / 超高速分光 / カーボンナノチューブ / ラマン過程
研究実績の概要

本研究では、サブ10fsのレーザーを用いてコヒーレントフォノン分光法を行い、広帯域でのフォノン分光を行うとともに、電子状態、および電子格子相互作用の解明と制御を行うことを目的とした。その結果、(1)波長分解コヒーレントフォノン分光法による共鳴効果の解明、(2)フェルミ面の変調によるカーボンナノチューブのフォノン制御、(3)カイラリティが混ざった溶液におけるフォノン信号の分離、等に関して成果を得ることができた。また、これらの結果を論文にまとめて公表するとともに、国際会議など、各種会議において発表した。
まず、波長分解コヒーレントフォノン分光法では、数THzから100THz近傍までの広帯域にわたってコヒーレントフォノンを検出することに成功し、コヒーレントフォノンの信号が、カーボンナノチューブの共鳴位置から、フォノンのエネルギー分だけシフトした位置に現れることを見出した。これらの結果は、今回用いたカーボンナノチューブのコヒーレントフォノン信号においては、フォノンを一つ放出する、Stokes過程の共鳴が非常に重要な役割を果たしていることを意味している。これは、波長分解コヒーレントフォノン分光の信号を解釈するうえで非常に重要な情報である。
フェルミ面変調の実験においては、コヒーレントフォノン信号が、バイアスを印可することによって減少するとともに、そのピーク位置がシフトすることを見出した。このことは、電子状態とフォノンの信号が密接に結合していることを示唆している。
さらにこれらの知見を活かして、カーボンナノチューブ混合溶液において、波長分解コヒーレントフォノン実験を行い、含まれているナノチューブのカイラリティをこの手法で同定できることを明らかにした。このように超短パルスレーザーは、各種分光に非常に強力な手法となることを明らかにした。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Terahertz-field-induced Nonlinear Electron Delocalization in Au Nanostructures2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshioka, Y. Minami, K. Shudo, T. D. Dao, T. Nagao, M. Kitajima, J. Takeda, and I. Katayama
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 15 ページ: 1036-1040

    • DOI

      10.1021/nl503916t

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Resonant Enhancement of First- and Second-Order Coherent Phonons in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, K. Tahara, Y. Minami, I. Katayama, M. Kitajima, H. Kawai, K. Yanagi, and J. Takeda
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 ページ: 235435: 1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.235435

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Electron Dynamics of Gold Ultrathin Films Induced by Intense Terahertz Waves2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, J. Takeda, T. D. Dao, T. Nagao, M. Kitajima, and I. Katayama
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 ページ: 241107: 1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4904883

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coherent phonon and surface-enhanced Raman scattering dynamics in solids2014

    • 著者名/発表者名
      Jun Takeda, Ikufumi Katayama, Ken-ichi Shudo, and Masahiro Kitajima
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 152 ページ: 23-27

    • DOI

      doi:10.1016/j.jlumin.2014.01.058

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ultrafast Crystalline-to-Amorphous Phase Transition in Ge2Sb2Te5 Chalcogenide Alloy Thin Film Using Single-Shot Imaging Spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      J. Takeda, W. Oba, Y. Minami, T. Saiki and I. Katayama
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 ページ: 261903: 1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4886969

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fermi Energy Dependence of High-Frequency Coherent Phonons in Metallic Carbon Nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama, K. Maekawa, K. Sat, Y. Minami, K. Yanagi, M. Kitajima and J. Takeda
    • 学会等名
      Internatinal Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD2014)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-12-01 – 2014-12-03
  • [学会発表] Nonlinear Dynamics of Electrons on Dirac-Like Band in Semi-Metal Bismuth Induced by an THz Electric Pulse2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, K. Araki, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
    • 学会等名
      Internatinal Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD2014)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-12-01 – 2014-12-03
  • [学会発表] Single-Shot Visualization of Ultrafast Amorphization in Chalcogenide Alloy Thin Films2014

    • 著者名/発表者名
      W. Oba, I. Katayama, Y. Minami, T. Saiki and J. Takeda
    • 学会等名
      Internatinal Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD2014)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-12-01 – 2014-12-03
  • [学会発表] Nonlinear Response of Au Nanostructures Observed with Intense THz Pulses2014

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshioka, Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, K. Shudo, J. Takeda, M. Kitajima and I. Katayama
    • 学会等名
      39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2014)
    • 発表場所
      Tucson, USA
    • 年月日
      2014-09-14 – 2014-09-19
  • [学会発表] Nonlinear Carrier Responses in Gold Thin Films Induced by Intense Terahertz Waves2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
    • 学会等名
      19th International Conference on Ultrafast Phenomena
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [学会発表] Electrochemical Control of Coherent Phonon Generations in Single-walled Metallic Carbon Nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      K. Maekawa, K. Sato, Y. Minami, I. Katayama, J. Takeda, K. Yanagi, M. Kitajima
    • 学会等名
      19th International Conference on Ultrafast Phenomena
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [学会発表] Single-shot Real-time Observation of Ultrafast Amorphization in Ge2Sb2Te5 Thin Film2014

    • 著者名/発表者名
      W. Oba, I. Katayama, Y. Minami, T. Saiki, and J. Takeda
    • 学会等名
      19th International Conference on Ultrafast Phenomena
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [学会発表] Nonlinear Carrier Dynamics in Semi-Metal Bismuth Induced by Intense Terahertz Field2014

    • 著者名/発表者名
      K. Araki, Y. Minami, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, and I. Katayama
    • 学会等名
      19th International Conference on Ultrafast Phenomena
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [学会発表] Carrier Dynamics of a Bismuth Thin Film Accelerated via Intense Terahertz Field2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Minami, K. Araki, T. D. Dao, T. Nagao, J. Takeda, M. Kitajima, I. Katayama
    • 学会等名
      The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2014)
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      2014-06-08 – 2014-06-13
  • [学会発表] Broadband Terahertz Generation Approaching Optical Communication Frequency Using Tilted DAST Crystals2014

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama, M. Bito, E. Matsubara and M. Ashida
    • 学会等名
      The Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2014)
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      2014-06-08 – 2014-06-13

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公開日: 2016-06-01  

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