テラヘルツ光を用いた単層２次元半導体におけるバレー分極の制御

利用太赫兹光控制单层二维半导体中的谷偏振

基本信息

批准号：
16J10537
负责人：
吉川尚孝
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、バレー分極の制御に重要な非摂動論領域の非線形光学相互作用を明らかにするために、中赤外光励起による単原子層物質の高次高調波発生を調べた。グラフェンにおいて最大９次の高次高調波発生を世界で初めて観測した。高次高調波発生効率の詳細な偏光依存性を測定し、他の物質で観測されたことのない特異な性質を見出した。理論研究者と共同で研究を進め、観測された偏光依存性はグラフェンのディラック電子系のバンドギャップがゼロであるという性質に由来することを明らかにした。また、グラフェンと同様の格子構造を持ちながらバンドギャップの異なる単層MoS2について対照実験を行うことで、高次高調波発生のメカニズムがバンドギャップと入射電場強度の関係に大きく依存することを実験・理論両面から示した。この結果は論文にまとめ、Science誌に掲載された。また、単層MoS2に代表される単層の遷移金属ダイカルコゲナイドについて複数の物質の高次高調波スペクトルを系統的に測定し、吸収スペクトルと照らし合わせたバンド構造と比較することで高次高調波発生のバンド間共鳴増大現象を見出した。この結果は未だ議論の絶えない固体の高次高調波発生のメカニズムについて、バンド間の非線形分極が大きく寄与することを証拠付ける結果である。さらに、高強度中赤外光によるバレー分極の制御を実現すべく、中赤外光に加えて近赤外光を同時に照射する系を増築し、単原子層半導体からの高次サイドバンド発生を観測した。バレー分極の制御は光の偏光によって行うため、２色の励起光の偏光をそれぞれ詳細に制御する系を導入し、またサイドバンド光も偏光分解して測定することで、高次に至るサイドバンド発生の偏光選択則を調べた。

今年，由于中红外光激发，我们研究了单层材料中较高谐波的产生，以阐明非扰动域中的非线性光学相互作用，这对于控制山谷极化很重要。这是世界上第一次观察石墨烯中高阶谐波的产生。测量了高阶谐波产生效率的详细极化依赖性，并且从未发现过与其他物质观察到的独特特性。我们与理论研究人员合作进行了研究，发现观察到的极化依赖性源于狄拉克电子系统在石墨烯中的特性，该石墨烯的带隙为零。此外，通过在单层MOS2上进行与石墨烯类似的晶格结构的对照实验，从实验和理论的角度来看，产生较高谐波的机制在很大程度上取决于带隙和入射电场强度之间的关系。结果是在论文中汇编的，并在科学上发表。此外，通过系统地测量单层的过渡金属二分法的多种物质的较高谐波光谱，例如单层MOS2，并将它们与带状结构进行比较，与吸收光谱相比，我们发现了较高谐波产生的频带间共振的增加。该结果提供了证据，表明频段之间的非线性极化对固体高谐波产生的机制有重要贡献，这仍然是有争议的。此外，为了通过高强度中红外光控制射击极化，除了中红外光外，还添加了一个系统以同时照射近红外光，并且观察到了单层半导体的高阶侧带产生。由于齐射极化是通过光的极化控制的，因此引入了控制两种激发光的极化的系统，并且还通过极化分解来测量侧带光，并检查了侧带产生的极化选择规则，该规则被检查导致高阶。