双安定性有機材料におけるテラヘルツ超高速スイッチング

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: ソフトクリスタル：高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
• 研究課題/領域番号: 18H04515
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中嶋 誠 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: テラヘルツ波 / 相制御 / 伝導制御 / 磁気ドメイン

研究実績の概要

本研究課題は、新学術領域研究「ソフトクリスタル」の公募研究として行われたものである。外場の摂動により敏感に物質状態が反応するソフトクリスタルにおいて、テラヘルツ波の電場・磁場による物質状態の制御や、外場を用いたテラヘルツ波の制御等に関して研究を行った。
有機材料と金属微粒子等を組み合わせた系において、IVカーブにおいて双安定状態が現れる試料の作製をおこなった。AIDCN　(2-amino-4, 5-imidazoldicarbontrile)とアルミニウムナノクラスタを組み合わせた系では、共蒸着による作製によって、試料作製精度が高まった。テラヘルツ電場照射によって、３桁程度の伝導度変化が得られるようになった。
コレステリック液晶にポーラスグラフェンを加え、テラヘルツ波の吸収効率を高めることによって、テラヘルツ照射による吸収により温度上昇が生じ、コレステリック液晶の色が変化することが確認できた。これは室温で簡易なテラヘルツ検出に相当する。検出可能なテラヘルツ波のパワーは0.009mWとなり簡便でありながら、高感度なテラヘルツセンサーが実現した。
テラヘルツ自由電子レーザーの照射によって磁気ドメインの反転が観測された。４THzにピークをもつテラヘルツ波パルスを磁性体ErFeO3に照射し、そのドメイン構造を顕微型ファラデー検出で観測したものである。磁気ドメイン反転の機構が、テラヘルツ照射によるdepinning効果とEntropoic forceによるものであることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] コンスタンツ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: コンスタンツ大学
• [国際共同研究] 南京大学/南京郵電大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 南京大学/南京郵電大学
• [雑誌論文] Reconfiguration of magnetic domain structures of ErFeO3 by intense terahertz free electron laser pulses (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Kurihara, K. Hirota, H. Qiu, K. Phan, K. Kato, G. Isoyama and M. Nakajima
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 7321
  • DOI: doi: 10.1038/s41598-020-64147-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shape-dependent infrared reflectance properties of CNT forest metamaterial arrays (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Pander, K. Takano, M. Nakajima, A. Hatta, H. Furuta,,
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 ページ: 607-625
  • DOI: doi.org/10.1364/OE.381817
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] テラヘルツ波パルスによる超高速スピン分光 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 誠
  • 雑誌名: テラヘルツテクノロジーフォーラム 巻: 17 ページ: 2-5
• [雑誌論文] Terahertz Radiation from Combined Metallic Slit Arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Dazhi Li, Makoto Nakajima, Masahiko Tani, Jinfeng Yang, Hideaki Kitahara, Masaki Hashida, Makoto Asakawa, Wenxin Liu, Yanyu Wei and Ziqiang Yang,
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 6804
  • DOI: doi.org/10.1038/s41598-019-43072-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Terahertz spectroscopic characterization of Ge2Sb2Te5 phase change materials for photonics applications (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Makino, K. Kato, Y. Saito, P. Fons, A. V. Kolobov, J. Tominaga, T. Nakano, and M. Nakajima,
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: 7 ページ: 8209-8215
  • DOI: doi: 10.1039/c9tc01456j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient Optical Modulation of Terahertz Metamaterials Utilizing Organic/Inorganic Semiconductor Hybrid Systems (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Matsui, K. Takano, M. Nakajima, and M. Hangyo,
  • 雑誌名: Springer Series in Materials Science 巻: 287 ページ: 117-127
  • DOI: doi.org/ 10.1007/978-981-13-8649-7_8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and Applications of Metasurfaces for Terahertz Waves (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Takano, B. Kang, Y. Tadokoro, K. Kato, M. Nakajima, and M. Hangyo,
  • 雑誌名: Springer Series in Materials Science 巻: 287 ページ: 99-116
  • DOI: doi.org/10.1007/978-981-13-8649-7_7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz wave manipulation and detection based on liquid crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: L. Wang, Y.Q. Lu, M. Nakajima,
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE Volume 10941, Emerging Liquid Crystal Technologies XIV 巻: - ページ: 109410D
  • DOI: doi.org/10.1117/12.2507441
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-efficiency THz wave generation and detection using laser chaos and metal V-grooved wave guide (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuwashima Fumiyoshi、Shirao Takuya、Iwao Kazuyuki、Tani Masahiko、Kurihara Kazuyoshi、Yamamoto Kohji、Morikawa Osamu、Kitahara Hideaki、Nakajima Makoto
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE, Nonlinear Frequency Generation and Conversion: Materials and Devices XVIII 巻: - ページ: 109021A
  • DOI: doi.org/10.1117/12.2510136
  • 査読あり
• [学会発表] Stable THz wave generation using laser chaos (2020)
  • 著者名/発表者名: F. Kuwashima, T. Shirao, K. Iwao, M. Tani, K. Kurihara, K. Yamamoto, O. Morikawa, H. Kitahara, M. Nakajima
  • 学会等名: Photonics West 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザーカオスを用いた高安定THz波 (2020)
  • 著者名/発表者名: 桑島 史欣、白尾 拓也、岩尾 憲幸、合田 汐里、谷 正彦、栗原 一嘉、山本 晃司、森川 治、北原 英明、中嶋 誠
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] テラヘルツ自由電子レーザーによる半導体表面からの高調波発生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 清水 智貴、Phan Thanh Nhat Khoa、菅 晃一、北原 英明、磯山 悟朗、吉村 政志、中嶋 誠
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 積層型メタルスリットアレイの透過特性の横ずれ量依存性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 将伍、坂口 浩一郎、加藤 康作、佐藤 希真、平松 大輝、山下 拓真、中嶋 誠、徳田 安紀
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] テラヘルツ自由電子レーザーによる半導体表面からの高調波発生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 慶昭、安宅 邦晶、村井 良多、高橋 義典、折井 庸亮、岡田 穣治、中嶋 誠、森 勇介、吉村 政志
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 低エネルギー電子バンチを用いたスミス・パーセル放射光源の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 淺川 誠, 山下 拓之, Tsun Him Chong, 宮崎 輝, 西村 柚香, 鐡川 憧英, 山口 聡一朗, 中嶋 誠
  • 学会等名: 第17回赤外放射応用関連学会年会
• [学会発表] Stability of THz Wave Generation Using Laser Chaos (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Kuwashima, T. Shirao,K. Iwao, M. Tani, K. Kurihara, K. Yamamoto, O. Morikawa, H. Kitahara, M. Nakajima
  • 学会等名: The 2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Terahertz Spintronic Emitters: the Properties and Optimizations (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Tani, Valynn Katrine Mag-usara, Miezel Talara, Chiyaka Tachioka, Garik Torosyan, Rene Beigang, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Jessica Pauline Afalla, Takashi Furuya, Mary Clare EscaPo, Hideaki Kitahara, Makoto Nakajima, Dmitry Bulgarevich, Makoto Watanabe
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast manipulation of magnetization by terahertz pulses and terahertz devices based on magnetic materials (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast magnetic response in ?-Fe2O3 nano magnet measured by terahertz-pump optical-Faraday-probe measurement (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, H. Qiu, S. Kimoto, K. Kato, Y. Koike, M. Yoshimura, K. Imoto, M. Yoshikiyo, A. Namai, S. Miyasita, and S. Ohkoshi
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Polarization control of terahertz spintronic emitter combined with liquid crystal by the external magnetic and electric field (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, H. Qiu, L. Wang, Z. Shen, K. Kato, Y. Koike, M. Yoshimura, W. Hu, Y. Lu,
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of strong yellow emission for high-conductivity ZnO excited by sub-terahertz gyrotron beam (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, K. Kato, H. Qiu, T. Shimizu, N. Sarukura, M. Yoshimura, T. Fukuda, E. M. Khutoryan, Y. Tatematsu, M. Tani, T. Idehara,
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] The observation of spin reorientation phase transition in Sm1-xErxFeO3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Koike, K. Hirota, H. Qiu, S. Kimoto, K. Kato, M. Yoshimura, M. Nakajima,
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Switching of Optical Properties of Ge2Sb2Te5 Phase Change Material in Terahertz Frequency Region (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Makino, K. Kato, Y. Saito, P. Fons, A.V. Kolobov, J. Tominaga, T. Nakano, and M. Nakajima,
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] High Efficient THz Time Domain Spectroscopy Using Laser Chaos (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Kuwashima, T. Shirao, K. Iwao, M. Tani, K. Kurihara, K. Yamamoto, O. Morikawa, and M. Nakajima,
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrafast spin spectroscopy by impulsive terahertz pulse excitations (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima,
  • 学会等名: The 37th SPP Physics conference (SPP2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The observation of spin reorientation phase transition in SmFeO3 and mixed crystal by terahertz time domain spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Koike, K. Hirota, H. Qiu, S. Kimoto, K. Kato, M. Yoshimura, M. Nakajima,
  • 学会等名: The 37 th SPP Physics conference (SPP2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Terahertz manipulation of magnetization and terahertz devices based on the magnetic materials (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima,
  • 学会等名: The 9th "Advanced Lasers and Photon Sources Conference" (ALPS 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sub-THz spectroscopy using laser chaos (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Kuwashima, T. Shirao, K. Iwao, M. Tani, K. Kurihara, K. Yamamoto, O. Morikawa, H. Kitahara, and M. Nakajima,
  • 学会等名: The 9th "Advanced Lasers and Photon Sources Conference" (ALPS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] The observation of spin reorientation phase transition in Sm1-xErxFeO3 by terahertz time domain spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Koike, K. Hirota, H. Qiu, S. Kimoto, K. Kato, M. Yoshimura, and M. Nakajima,
  • 学会等名: The 9th "Advanced Lasers and Photon Sources Conference" (ALPS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent progress of terahertz applications and liquid crystal devices in terahertz region (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima and L. Wang,
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Liquid Crystal Photonics (SLCP 2019)
  • 国際学会
• [備考] Web page of Makoto Nakajima
  • URL: http://nak.matrix.jp/study/list.html
• [備考] 研究者紹介 中嶋誠
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=10001543