2019 Fiscal Year Research-status Report
Mode-selective phonon excitation in the materials of energy functionality using mid-infrared free-electron laser
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18K05295
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
蜂谷 寛 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90314252)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自由電子レーザー / ラマン散乱 / 中赤外線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中赤外自由電子レーザー光源 (KU-FEL: Kyoto University Free-Electron Laser) を利用した新しいフォノン分光を着想し、その確立を目指している。エネルギー 生成・貯蔵の過程における損失となる熱を制御し、統一的に理解し、より革新的な材料開発に生かすことをめざして、波長可変な中赤外レーザー光源を用いて固体における個々のフォノンモードを自由に選び、励起し、観測できる、新たな分光法を確立することを目的とする。 単結晶ダイヤモンドおける赤外不活性な振動モードの、KU-FELを用いた二光子励起による選択励起の論文発表を行った。しかしながら、レーザー照射に伴う試料表面の脆性破壊が起こるために、励起フォノンの周波数の赤方偏移が生じていた。本年度は測定のための光学系を見直すことによって、赤方偏移の生じない結果を得ることに成功した。また、試料表面の電子顕微鏡観察によって、レーザー照射位置に脆性破面を生じていないことも確認した。論文発表の時点では、照射による脆性破壊は、二光子励起のために極度に集光したポンプ自由電子レーザーのパルス（~ 6.5 mJ）によるものと予想していたが、予想に反して、プローブレーザーである Nd:YVO4 レーザーのパルス出力（~0.07 mJ）の調整によって解消された。このモードは、ホウ素ドープ・ダイヤモンドにおける超伝導の発現に関与するため、特定のフォノンモードが物性に及ぼす影響の解明と共に、選択励起が可能なモードの選択肢が赤外不活性モードの励起の成功によって増大した。現在、このホウ素ドープ・ダイヤモンド試料による測定の準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
中赤外線自由電子レーザーによる任意のフォノンモードの選択励起、プローブレーザーによるアンチ・ストークスラマン散乱による実測という分光法の確立にむけて、選択励起過程における二光子励起に成功したことで、いわゆる赤外不活性モードへの適用範囲の拡大に成功し、投稿論文として発表した。また、本年度は特に、二光子励起のための集光に伴うと予想された試料破壊が起こらず、プローブレーザーによる破壊も解消される測定条件を設定できたことによって、選択励起モードの赤方偏移も解消された。また、吉田ほか本申請者も共著者である、日本赤外線学会誌, 28巻, 1号, 62 (2018) が、当該年度の5月に日本赤外線学会論文賞を受賞した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ホウ素ドープ・ダイヤモンド試料における、とくに超伝導発現に大きな役割を果たすとされるモードの選択励起によって、特定のフォノンが物性発現に及ぼす役割を解明するための分光法の確立を目指す。
また、現行の測定系で共鳴ラマン散乱が起こることが期待されるいくつかの半導体試料、および、ハイパーラマン散乱によるプローブ光での測定によって、本報告年度における赤外不活性モードへの拡張にさらにラマン不活性モードや散乱強度の小さなモードに本方法の適用範囲を拡張する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス（COVID-19）発生に伴う国内学会・国際学会の開催中止によって、旅費または旅費＋参加登録費としての支出が急遽なくなった。
測定対象の拡張に伴う単結晶試料購入に助成金の大部分を使用したいと計画しているが、可能であり今後の情勢が許せば、学会における成果報告にも使用したい。
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