Fusing nanomaterials and strong electric field nonlinear optics for new advances in photonics

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本研究では、特色ある電子状態を持つ固体結晶やユニークなナノ物質を創製できる物質科学と最先端の高強度レーザー技術を融合し、強電場光科学の深化と応用展開を図ることを目指して研究を推進している。サイズ制御された半導体ナノ粒子を用いることでバンド内遷移を操作し、非線形キャリア励起や高調波強度への影響を直接実験的に調べた。ナノ粒子のサイズの増加とともに、励起体積当たりの高調波発生効率と励起キャリア密度が増加することを見出し、バンド内遷移の操作により発生効率が100倍程度増大することを発見した。この増幅は、レーザー照射中に生じるバンド間の多光子吸収過程と生成された電子のレーザー電場による加速運動が同時に起こることにより生じることを明らかにした。また、励起光の偏光（楕円率）がもたらす高調波の発生過程への影響を系統的に調べるために、半導体GaAsを対象とした高次高調波発生の実験を推進した。励起光楕円率が高調波の発生効率や偏光状態に影響を与えることが分った。さらに位相ロックパルス分光では、光パルス照射中の電子の量子コヒーレント応答を計測した。コロイド半導体ナノ粒子の表面を覆うリガンドを置換してナノ粒子間の結合距離を制御することで、隣接ナノ粒子間の協力効果によって非線形光学応答が増大することを明らかにした。新たな二次元ナノ物質である二次元層状ハライドペロブスカイトの室温における励起子スピン輸送が明らかにした。フェムト秒レーザーを用いた偏光分解ポンプ・プローブ顕微分光測定系を開発し、二次元励起子スピンの特異な空間パターン形成と超高速な輸送が室温で生じることを発見した。また、超伝導マグネットを用いたテラヘルツ分光装置を用いて、時空間対称性が破れた超格子ナノ構造をもつ超伝導体における非相反現象を研究した。