電子構造とフェルミレベル制御による高次高調波発生の解明と制御

通过电子结构和费米能级控制阐明和控制高次谐波的产生

• 批准号: 20J22225
• 负责人: 西留 比呂幸
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22225/
• 关键词: 高次高調波発生; カーボンナノチューブ; 遷移金属ダイカルコゲナイド; フェルミレベル制御; トンネリング制御; ディラック材料; グラフェン

固体における高次高調波発生(HHG)は、従来の非線形光学ではできない非摂動な光学現象である。本研究は、この固体におけるHHGと電子構造およびフェルミレベルとの関係解明により、HHGによる電子構造解明に必須となる知見を獲得することを目指す。このためにR4年度は、①バンド分散が鋭く変化する金属型単層カーボンナノチューブ(SWCNT)と単層グラフェン、②広いバンドギャップを持つ二硫化モリブデン(MoS2)に対し調査を行った。これらに対し、電界効果デバイス構造によるフェルミレベル制御法を用いた実験と数値計算により、以下の成果を得た。①鋭い電子構造である線形分散を持つ材料：R3年度の結果をもとに、さらなる実験と数値計算を行い、変化の背景を調査した。これらの結果に関して共同研究者と議論を重ねたところ、鋭い電子構造の一つである線形分散は、HHGにほぼ寄与しないことが判明した。一方で、調査の過程で、レーザー強度とフェルミレベルの関係がHHGの強度変化を決めるという想定外の発見があった。この背景解明を、単純なバンド構造を持つ半導体型SWCNTを用いて行ったところ、HHG特有の発生過程であるトンネリング過程を制御した結果であることを解明した。この結果から、高次高調波発生を特徴づける「非摂動性」を、フェルミレベルも決定することが判明した。②広いバンドギャップを持つMoS2：R3年度の結果はノイズがあり、HHGの変化が不明瞭な点があったため、測定系を改善し、調査を行った。この結果、SWCNTにおける先行研究で判明したフェルミレベル制御によるHHGの増大の観測に成功した。MoS2の傾向は、ギャップ内において顕著であり、SWCNTの結果とは異なっている。この背景には、次元性の影響やキャリア散乱等の影響などが効いていると考えられる。また、MoS2は非対称な構造を持つため、SWCNTでは観測できなかった偶数次の変化も調査した。これに関しては、奇数次と同様の傾向を確認した。

Solid における high-order high-intensity wave generation (HHG) である, 従 to <s:1> non-linear optics で で な な な な non-摂 dynamic な optical phenomena である. This study は, こ の solid に お け る HHG と electronic structure お よ び フ ェ ル ミ レ ベ ル と の masato is interpret に よ り, HHG に よ る electronic structure and interpret に must と な る knowledge を get す る こ と を refers す. Annual は こ の た め に R4, (1) バ ン ド scattered が sharp く variations change す る layer metal mold 単 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (SWCNT) と 単 layer グ ラ フ ェ ン, (2) hiroo い バ ン ド ギ ャ ッ プ を hold つ disulfide モ リ ブ デ ン (MoS2) に し seaborne survey line を っ た. こ れ ら に し seaborne, electricity industry working fruit デ バ イ ス tectonic に よ る フ ェ ル ミ レ ベ ル を suppression method with い た be 験 と the numerical computing に よ り, the following の を た. (1) sharp い electronic structure で あ る linear dispersion を holding つ materials: R3 annual の results を も と に, さ ら な る be 験 と line the numerical calculation を い, - を の background investigation し た. こ れ ら の results に masato し て talk together researchers と を heavy ね た と こ ろ, sharp い electronic structure の a つ で あ る linear dispersion は, HHG に ほ ぼ send し な い こ と が.at し た. Party で, investigate で の process, レ ー ザ ー strength と フ ェ ル ミ レ ベ ル の masato is が HHG の intensity variations change を definitely め る と い う scenarios outside の 発 see が あ っ た. こ の background interpret を, 単 pure な バ ン を hold つ ド structure type semiconductor SWCNT を with い て line っ た と こ ろ, HHG の unique 発 birth process で あ る ト ン ネ リ ン グ process を suppression し た results で あ る こ と を interpret し た. こ の results か ら, high order high-profile wave born 発 を 徴 づ け る "non, move" を, フ ェ ル ミ レ ベ ル も decided す る こ と が.at し た. (2) hiroo い バ ン ド ギ ャ ッ プ を hold つ MoS2: R3 annual の results は ノ イ ズ が あ り, HHG の variations change が unknown な point が あ っ た た め, determination of を し, survey line を っ た. こ の results, SWCNT に お け る leading research で.at し た フ ェ ル ミ レ ベ ル suppression に よ る HHG の raised large の 観 に measuring success し た. MoS2 <s:1> tends to ギャップ, にお にお て顕 て顕 in ギャップ であ ギャップ, SWCNT <s:1> results と と different なって る る る. <s:1> <s:1> background に, dimensional <s:1> influence やキャリア, scattered and other <s:1> influences な が が effect て ると ると examination えられる. ま た, MoS2 は not say な tectonic を seaborne hold つ た め, SWCNT で は 観 measuring で き な か っ た の even times - the も survey し た. The <s:1> れに is related to the て て and the odd-number と is similar to the <s:1> tendency を to confirm the <s:1> た.

项目成果

Influence of laser intensity on high-harmonic generation in semiconducting single-walled carbon nanotubes: Experiment and calculation

激光强度对半导体单壁碳纳米管高次谐波产生的影响：实验与计算

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroyuki Nishidome;Kohei Nagai;Kento Uchida;Yuta Murakami;Kenji Kawahara;Junko Eda;Hitomi Okubo;Yohei Yomogida; Hiroki Ago;Koichiro Tanaka;and Kazuhiro Yanagi
• 通讯作者: and Kazuhiro Yanagi

金属型単層カーボンナノチューブとグラフェンにおける高次高調波発生のフェルミレベル依存性

金属单壁碳纳米管和石墨烯中高次谐波产生的费米能级依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 西留比呂幸;永井恒平;内田健人;河原憲治;枝淳子;大久保瞳;蓬田陽平;吾郷浩樹;田中耕一郎;柳和宏
• 通讯作者: 柳和宏

印加電場による高次高調波発生のトンネリング過程の制御

外加电场控制高次谐波产生的隧道过程

• 发表时间: 2023
• 作者: 西留比呂幸;大元 幹人;永井恒平;内田健人;村上 雄太;河原 憲治;枝 淳子;大久保 瞳;蓬田 陽平;吾郷 浩樹;田中 耕一郎;柳 和宏
• 通讯作者: 柳 和宏

"Gate-tuned high-harmonic generation in metallic single-walled carbon nanotubes and graphene"

“金属单壁碳纳米管和石墨烯中的门控高次谐波产生”

• 发表时间: 2020
• 作者: "Hiroyuki Nishidome;Kohei Nagai;Kento Uchida;Kenji Kawahara;Junko Eda;Hitomi Okubo;Yohei Yomogida;Hiroki Ago;Koichiro Tanaka;Kazuhiro Yanagi"
• 通讯作者: Kazuhiro Yanagi"

Control of high-harmonic generation in single-walled carbon nanotubes from non-perturbative to perturbative regime by tuning the Fermi level

通过调节费米能级控制单壁碳纳米管从非微扰状态到微扰状态的高次谐波产生

• 发表时间: 2023
• 作者: Hiroyuki Nishidome;Mikito Omoto;Kohei Nagai;Kento Uchida;Yuta Murakami;Junko Eda;Hitomi Okubo;Yohei Yomogida;Koichiro Tanaka;Kazuhiro Yanagi
• 通讯作者: Kazuhiro Yanagi