ナノ構造半導体の高次高調波発生と強電場非線形光学の開拓

纳米结构半导体中的高次谐波产生与强电场非线性光学的发展

• 批准号: 18H03682
• 负责人: 金光 義彦
• 金额: $ 28.54万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H03682/
• 关键词: 非線形光学; 高次高調波発生; 強電場光学; 半導体; 半導体ナノ構造; ナノ構造; 高強度テラヘルツ; ペロブスカイト半導体; 単原子層半導体; ナノ構造半導体

本研究では、ナノメートルスケールの構造をもつ半導体ナノ粒子や単原子層物質において顕在化する特異な電子状態や電子間の強いクーロン相互作用に起因した高次高調波発生を探索し、バルク結晶との比較によりナノ構造固有の高調波発生メカニズムを理解することを目的としている。これまでは、単色のレーザーパルスによる高調波発生の実験が主に行われきた。その結果から、高強度電場によって励起されたキャリアの加速運動によって発生した非線形電流が高調波の重要な発生源であると考えられている。昨年度では、層状化合物半導体において、異なる波長の光励起によって発生する高次高調波を観測した。高調波の発生効率の強度依存性は、従来の非線形感受率では説明できない異方性を持つことが分かった。そこで、この観測結果を説明するために、試料のバンド構造を考慮した数理モデルを構築して、励起光によって発生する非線形電流とそれに伴う高次高調波を計算した。モデル計算は実験結果をよく再現し、光電場による電子の運動操作と、高次高調波の発生効率の制御が可能であることを示した。また、近年高効率な太陽電池や発光ダイオードなどの新しい光電変換材料として注目される有機無機ハイブリッドハロゲン化鉛ペロブスカイト半導体の高調波発生の機構についての解析を進めた。特に、実験と理論計算との比較から、高調波発生効率の角度依存性が、光電場で駆動されるキャリア運動ではなく非線形吸収の異方性によって決定されることを明らかにした。

The purpose of this study is to explore the causes of high-order high-frequency wave generation in semiconductor particles, atomic layer materials, special electronic states, and strong electronic interactions, and to compare and understand the high-frequency wave generation inherent in semiconductor structures. This is the first time that a high-profile wave has occurred. As a result, high-intensity electric field excitation and acceleration of non-linear current generation are important sources of high-frequency waves. In the past year, layered compound semiconductors have been used to detect high-order high-frequency waves generated by optical excitation at different wavelengths. The intensity-dependence of the generation efficiency of high-frequency waves and the non-linear susceptibility of high-frequency waves are explained by the anisotropy of high-frequency waves. Therefore, when the measurement results are explained, the structure of the sample is taken into account, the mathematical model is constructed, and the non-linear current generated during excitation and the accompanying high-order and high-frequency waves are calculated. The results of the calculation are reproduced, the motion of electrons in the photoelectric field is controlled, and the generation rate of high-order high-frequency waves is controlled. In recent years, high-efficiency solar cells and light-emitting devices have been developed, and new photoelectric conversion materials have been developed. In particular, the comparison between theoretical calculations and the angular dependence of the high-frequency wave generation efficiency, the optical field motion and the nonlinear absorption and anisotropy of the optical field are clearly determined.

项目成果

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ハロゲン化金属ペロブスカイトからの高次高調波の観測と発生機構

金属卤化物钙钛矿高次谐波的观测及产生机制

• 发表时间: 2019
• 作者: 廣理英基;夏沛宇;篠原康;乙部智仁;佐成晏之;田原弘量;石井順久;板谷治郎;石川顕一;阿波連知子;尾崎雅司;若宮淳志;金光義彦
• 通讯作者: 金光義彦

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GaSeにおける和周波発生過程を用いた高次高調波の波長変換機構

利用 GaSe 中和频生成过程的高次谐波波长转换机制

• 发表时间: 2019
• 作者: 佐成晏之;乙部智仁;金光義彦;廣理英基
• 通讯作者: 廣理英基

High-order harmonic generation from hybrid lead halide perovskites

混合卤化铅钙钛矿的高次谐波产生

• 发表时间: 2019
• 作者: H. Hirori;P. Xia;Y. Shinohara;T. Otobe;Y. Sanari;H. Tahara;N. Ishi;J. Itatani;K. Ishikawa;T. Aharen;M. Ozaki;A. Wakamiya;and Y. Kanemitsu
• 通讯作者: and Y. Kanemitsu