2023 Fiscal Year Annual Research Report
Efficient terahertz photovoltaic effect by phonon excitation
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22K18684
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡村 嘉大 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20804735)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 光起電力効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、テラヘルツ帯に存在するソフトフォノン励起を介したシフト電流生成の学理構築を目指している。前年度では、最も典型的な強誘電体であるBaTiO3においてフォノン励起による原子変位が間接的に電子の波動関数の「シフト」を誘起し、シフト電流が生じることを明らかにした(Y. Okamura, et al., PNAS (2022))。このシフト光電流は従来のバンド間遷移による光起電力効果とは対照的に、光キャリアが生成されることがなく、完全に電子のトポロジカルな性質を反映したものといえる。
今年度では、BaTiO3と同様に大きな電気分極をもつ強誘電体であり、なおかつ近年電子励起による大きなシフト電流生成が確認されているSbSIを扱った。テラヘルツ光照射によりソフトフォノン励起によるシフト電流の観測に成功した。この光電流はBaTiO3の10倍程度も大きいものであった。また性能指数であるグラス係数（＝光電流値をパワーで規格化した値）を定量的に見積もったところ、ほかの物質の電子励起のものと比べても大きいことがわかった。加えて今回新たに、バンドパスフィルターを用いたテラヘルツ光電流のスペクトル応答の測定手法を開発することで、ソフトフォノン励起に対応する共鳴ピークの観測に成功した。第一原理計算によってスペクトル応答を計算したところ、シフト電流機構によって振る舞いが説明できることがわかった。今後この成果を論文にまとめる予定である。
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