2011 Fiscal Year Annual Research Report
相変化光記録膜材料におけるテラヘルツスイッチング機構の解明と応用
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22340076
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
長谷 宗明 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40354211)
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| Keywords | 光記録 / コヒーレントフォノン / 相変化 / テラヘルツ |
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| Research Abstract |
本研究では、光記録膜材料として極めて重要なカルコゲンと呼ばれる化合物(Ge-Sb-Te系物質)における、結晶-アモルファス間の相変化のフェムト秒～ピコ秒実時間の格子ダイナミクスを、2波長型ポンプ-プローブ法によるコヒーレントフォノン分光により解明することを目指している。また最終的には、フェムト秒光パルス列による結晶-アモルファス間の相変化制御の可能性を探る予定である。
本年度は、GeTe/Sb2Te3薄膜超格子(GST-SL)試料におけるコヒーレントフォノン測定を、フェムト秒パルスレーザーの弱励起光を使った1波長型時間分解反射率測定(ファースト・スキャン型)により行い、励起光の偏光依存性を調べた。実験は、具体的には、励起パルスの偏光を連続的に10度ずつ変化させる測定と、偏光をs・とp・偏光の間で繰り返しスイッチングさせる測定の2種類を行った。その結果、励起パルス強度が弱い(16μJ/cm^2)と可逆的なA_1フォノン周波数のレッドシフト(3.83THz→3.75THz)が見られ、強い(78μJ/cm^2)と、不可逆的なA_1フォノン周波数レッドシフト(3.83THz→3.70THz)になることを見出した。また、s-とp-偏光の間での繰り返しスイッチングでは、16μJ/cm^2で準安定状態が繰り返し生じることも示唆された。さらに、コヒーレントA1フォノンの温度依存性のデータを解析し、GST-SL試料の熱伝導率を導き出すことにも成功した。
一方、フェムト秒レーザー再生増幅器(RegA9000)の出力光(波長800nm,パルス幅130fs,繰り返し100kHz,5μJ/パルス)を用いた時間分解反射率測定システムを構築した。そして、このシステムを用いて、強励起光による1波長型でGST-SL試料におけるコヒーレントフォノンの観測に成功した。この再生増幅器用の非同軸光パラメトリック増幅器(NOPA)は現在作成中であり、2波長型ポンプ-プローブ分光システム開発に向けて次年度以降頑張りたい。
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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
今年度は、非同軸光パラメトリック増幅器(NOPA)を自作し、この出力光(波長500-900nm域)の高強度フェムト秒パルスを光源とした1波長型の時間分解反射率測定をGST超格子試料に対して行うことを主な目的としていたが、NOPAの完成がやや遅れている。しかし、NOPA立ち上げと同時進行で進めたRegA9000の800nm光によるコヒーレントフォノン測定には成功し、高密度光励起下のフォノンダイナミクスに関する情報を得た。また、新たな方向性として励起光の偏光を操作することによる相変化スイッチングの可能性が拓かれ、さらにコヒーレントフォノンの温度依存性から熱伝導率の導出にも成功し、予定外の成果も得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
非同軸光パラメトリック増幅器(NOPA)の完成には、RegA9000の800nm光をさらに高強度にする必要がある。その為、RegA9000からNOPAまでの光路を見直し、エネルギーロスが無いように改善する。さらに、NOPA内のポンプ光(BBO結晶で変換した波長400nmの光)のBBO結晶への集光ミラーを現在の焦点距離25cmから15cmにし、ポンプ光の励起密度を改善する。以上の改善により、NOPAが発振すれば、予定通り広帯域のポンプープローブ分光測定を行うことが可能になる。
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