フェムト秒分光法による金属ナノ結晶の超高速非線形光学応答に関する研究

飞秒光谱研究金属纳米晶超快非线性光学响应

• 批准号: 09740240
• 负责人: 濱中 泰
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740240/
• 关键词: ナノ結晶; 表面プラズモン; 光学非線形性

金、銀、銅といった金属ナノ結晶を分散させたガラスは高い光学非線形性と高速応答性を兼ね備えている。このような特性を支配しているのはナノ結晶中に光励起によって生成するホットエレクトロンである。本年度はバンド間遷移と表面プラズモン共鳴に基づくホットエレクトロンの生成と緩和過程の解明を目指した。1. ガラスの屈折率を増加させると表面プラズモンバンドは長波長シフトし、表面ブシズモン吸収バンドとバンド間吸収帯の重なりを変えることができる。バンド間遷移とプラズモンの光学非線形性への寄与を調べるためにガラスの屈折率を変えた3種の銅ナノ結晶試料を準備し、フェムト秒レーザーを使って過渡吸収スペクトルを測定した。測定においてはポンプ光のエネルギーを表面プラズモンバンドからバンド間吸収に至る広い範囲で変化させた。その結果、ホットエレクトロンの生成効率は表面プラズモン励起の方がバンド間励起よりも約3倍大きいことがわかった。2. 金属ナノ結晶分散ガラスの非線形光学応答は時定数が数psの高速成分と数百psの低速成分の二成分からなる。高速成分は光励起によって金属ナノ結晶中に生成したホットエレクトロンが電子格子相互作用によりエネルギーを失い冷却する過程に対応している。また低速成分はナノ結晶からガラスへの熱拡散に対応している。母体がガラスの金ナノ結晶分散試料と母体がチタニア(二酸化チタン)の金ナノ結晶試料を作製した。ガラスと比較するとチタニアは熱伝導率が高い。そのため熱拡散効率が上がり上記の低速成分の寄与が小さくなることが期待できる。これらのフェムト秒ポンプ・プローブ分光測定を行い、非線形吸収の時間挙動を比較した。どちらの試料についてもほぼ同じ時定数の緩和過程が観測され、低速成分の寄与にも差は現れなかった。現在、母体材料への熱拡散を考慮した二温度モデルによりホットエレクトロンの冷却過程を解析中である。

Gold, silver, copper, etc. metal crystals, dispersion, optical nonlinearity, high-speed response, etc. The characteristics of the crystal are dominated by light excitation. This year, the study on the generation and mitigation process of base resonance, surface migration and surface resonance was conducted. 1. The refractive index of the laser beam increases. The wavelength of the laser beam increases. The optical nonlinearity of copper crystals was determined by adjusting the refractive index of three kinds of copper crystals. The determination of the amount of light generated by the reaction is carried out on the surface of the reaction mixture. As a result, the production efficiency of the laser is about 3 times larger than that of the laser. 2. The non-linear optical response time of the metal crystal dispersion is constant, and the high-speed component of several ps and the low-speed component of several hundred ps are constant. High speed components are generated in the process of photo-excitation, metal crystallization, electron lattice interaction, and cooling. The low-velocity components are crystalline and thermally dispersed. Preparation of crystalline dispersion sample and crystalline dispersion sample The thermal conductivity is high in comparison with the thermal conductivity. The heat dissipation rate is high, and the low-speed component is low. The time variation of non-linear absorption is compared with that of linear absorption. The test sample is divided into two parts: the test sample is divided into three parts: the test sample is divided into four Now, the thermal dispersion of the parent material is considered in the analysis of the cooling process at two temperatures.

项目成果

Y.Hamanaka: "Ul trafast Relaxation Dynamics of Electrons in Silver Nanocrystals Embedded in Glass" Journal of Luminescence. (予定). (1998)

Y.Hamanaka：“嵌入玻璃中的银纳米晶体中电子的超快弛豫动力学”发光期刊（计划）。