| 研究課題/領域番号 |
26247052
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
田中 耕一郎 京都大学, 理学研究科, 教授 (90212034)
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| 研究分担者 |
廣理 英基 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 特定准教授 (00512469)
谷 峻太郎 東京大学, 物性研究所, 助教 (80711572)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | テラヘルツ光 / 非線形光学 / 単層半導体 / グラフェン / 高次高調波発生 |
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| 研究実績の概要 |
本研究においては、高強度テラヘルツ電磁場下に半導体などの固体材料をおき、物質中の電子を大振幅に駆動することによって、固体電子状態を瞬時に変化させる。これにより、バンド構造やその次元性、電気伝導特性、光学特性などの物性を劇的に変容させることを目指す。H28年度の主要な成果は以下の３項目である。
①60 THz光源を用いた高次高調波発生実験系の整備：チタンサファイアフェムト秒再生増幅光源を用いてパラメトリック増幅を行い、シグナル光とアイドラー光の差周波発生を行って、60 THzで10 μJ/パルスのパルス光を発生した。この光の偏光状態を任意に制御可能な液晶変調器とパルス圧縮システムを整備し、任意の偏光状態で高次高調波発生を観測可能な測定システムを完成させた。
②単層半導体における高次高調波発生：単層半導体MoS2、MoSe2、WS2、WSe2において高次高調波発生の実験を行った。その結果、偶数次を含む15次以上の高次高調波の観測に成功した。偶数次にはバンド構造への共鳴効果があることを確認した。
③グラフェンにおける高次高調波発生：グラフェンにおいて高次高調波発生の実験を行った。その結果、偶数次は確認されず、９次までの高調波が現れることを確認した。また、楕円偏光依存性を測定したところ、楕円偏光度が0.3の近傍で高調波強度が最大となり、その際の偏光の主軸方向は入射偏光に対してほぼ垂直となることがわかった。また、前年度までに発展させた理論モデルでこの偏光依存性を再現することに成功した。
④半導体のテラヘルツ非線形分光：非共鳴な高強度テラヘルツ光励起条件下でサブサイクル内で生じる、GaAs量子井戸中の励起子の1s-2p遷移の大きな変調現象を励起子のドレスド状態形成による理論で説明し、論文にまとめた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
今年度は、準備を進めてきた中心周波数20THz以上を有する超短テラヘルツパルス光を用いて、単層半導体とグラフェンにおける高次高調波発生に成功した。グラフェンにおける高次高調波発生は世界初めての観測である。また、昨年度構築した理論をグラフェンに適用し、結果を再現することができた。このように予定を上回る多くの成果が得られ、本研究の目的に向かって大きな前進があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は、高次高調波発生の物理メカニズムを明確にする研究を進める。
（１）単層半導体における高次高調波発生の温度依存性：単層半導体MoS2、MoSe2、WS2、WSe2で観測された高次高調波発生の効率やスペクトルの温度依存性を調べる。これにより、スペクトル形状を決めている物理的なメカニズムが明らかになる。（２）グラフェンにおける高次高調波発生：昨年度観測されたグラフェンの高次高調波発生の効率やスペクトルの温度依存性を明らかにする。特に、楕円偏光依存性に着目して研究を進める。現在、理論では現象論的にダンピングを入れているが、これらの結果から、ダンピングの物理メカニズムを明らかにする。（３）幾つかの強相関電子系材料に対して、高次高調波発生実験を行い、電子系の強い相関がいかに非線形光学特性に影響を与えるか調べる。
以上の成果から、高強度テラヘルツ電磁場下で固体中電子を大振幅に駆動したことによって得られる、非線形な光学応答のメカニズムについて考察する。
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