Petaherz-scale solid state physics exploring by attosecond high-harmonic-based ultrafast spectroscopy

基于阿秒高次谐波的超快光谱探索太赫兹尺度的固体物理

• 批准号: 20H05670
• 负责人: 小栗 克弥
• 金额: $ 128.88万
• 依托单位: NTT Basic Research Laboratories
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05670/
• 关键词: アト秒科学; ペタヘルツエレクトロニクス; 光波駆動現象; 人工二次元結晶; ファンデルワールス物質; 時間依存密度行列法

本研究では、以下の3課題を並行して進めており、2022年度は、特に課題1において進展があり、1MHz級単一アト秒分光用光源の開発が大きく前進した。【課題1】次世代単一アト秒分光プラットフォームの開発：21年度に着手したYb固体レーザベース(パルス幅184 fs、平均出力80W)のポストコンプレッション法による高繰返し数サイクル光源の開発において、2段階マルチプレート圧縮(MPC)法による更なる短パルス化を追求した。第1段階MPCで、非線形高次分散の影響を減らしたパルス圧縮することで、第2段階MPCにおいて、群速度(二次)分散補償のみで1MHz繰返し・パルスエネルギー35μJの世界最短級パルス幅1.7サイクル(5.7 fs)を達成した。更に、圧縮パルスの集光性能やスペクトル一様性などビーム品質を評価し、集光強度1015 W/cm2を超えることを確認した。【課題2】光波電界-固体電子系相互作用のPHzスケールダイナミクス計測：時間分解ARPES法による光波電界駆動ブロッホ電子系ダイナミックイメージングの研究を進めた。今年度は、2021年度に観測したWSe2のΓ-K方向における過渡レプリカバンドの起源が、光ドレスド状態の一つであるボルコフ状態が支配的であることを確認した。更に、WSe2の直接バンドギャップに共鳴励起させることによって、実キャリアを伝導帯に生成させると共にそのボルコフ状態を同時に誘起させることに成功した。また、電子-正孔相互作用を取り入れた時間依存ハートリーフォック法の理論的枠組みを構築し、シミュレーションにより、電子-正孔相互作用が光波電界によるキャリア励起を促進することを初めて示した。【課題3】光波電界駆動スピンダイナミクスによるPHzスケールスピントロニクスの開拓：前年度に引き続きアト秒時間分解磁気カー効果(ATTO-MOKE)分光システムの開発を進めた。

This study is aimed at the following three topics: progress in 2022, development of 1MHz single-second spectroscopic light source [Topic 1] Development of the next generation single-second spectroscopic system: Yb solid state light source (amplitude 184 fs, average output 80W) was developed in 2001 by using the high-resolution multi-phase light source development method and the two-phase multi-phase light source compression (MPC) method. The first order MPC, non-linear high order dispersion effect reduction, group velocity (second order) dispersion compensation, 1MHz return, 35μJ world's shortest order dispersion amplitude of 1.7 seconds (5.7 fs). In addition, the light collection performance of the pressure reduction system is evaluated, and the light collection intensity of 1015 W/cm2 is confirmed. [Topic 2] Measurement of the interaction between the optical and electrical fields and the solid-state electron system: Progress in the study of the interaction between the optical and electrical fields and the solid-state electron system by the time decomposition ARPES method. This year, the 2021 annual survey of WSe2 in the direction of T-K will confirm the origin of the transition, the state of light and the state of dominance. In addition, WSe2 directly generates resonance excitation, and simultaneously induces resonance excitation. The electron-positive hole interaction takes into account the time-dependent interaction between electrons and positive holes, and the theoretical framework of the electron-positive hole interaction is constructed. [Topic 3] Development of optical and electrical field dynamics: Development of ATTO-MOKE spectroscopy in the previous year.

项目成果

直線偏光電場に対する高調波の角度依存性の時空間対称性による記述

使用时空对称性描述线偏振电场谐波的角度依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 篠原康;今坂光太郎;芦原聡;石川顕一
• 通讯作者: 石川顕一

Detecting electron-phonon coupling during photoinduced phase transition

• DOI: 10.1103/physrevb.103.l121105
• 发表时间: 2020-02
• 期刊: arXiv: Strongly Correlated Electrons
• 作者: Takeshi Suzuki;Y. Shinohara;Yangfan Lu;M. Watanabe;Jiadi Xu;K. Ishikawa;H. Takagi;M. Nohara;N. Katayama;H. Sawa;M. Fujisawa;T. Kanai;J. Itatani;T. Mizokawa;Shik Shin;K. Okazaki

ペタヘルツエンジニアリングを切り拓く極限光波技術

开启太赫兹工程的极限光波技术

• 发表时间: 2021
• 作者: Nguyen Thanh Tu;Pham Nam Hai;Le Duc Anh;and Masaaki Tanaka;小栗克弥
• 通讯作者: 小栗克弥

二次元物質上でのGaN成長のその場X線回折

二维材料上 GaN 生长的原位 X 射线衍射

• 发表时间: 2020
• 作者: Kovi B;Sakai T;Abe A;Kanzaki E;Terauchi R;Shimizu M;日比野浩樹
• 通讯作者: 日比野浩樹

Semiclassical Simulation of Ultrafast Electron Dynamics in Bulk Metals under Intense Laser Fields

强激光场下块体金属中超快电子动力学的半经典模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Tani;T. Otobe;Y. Shinohara;and K. L. Ishikawa
• 通讯作者: and K. L. Ishikawa