円偏光テラヘルツ波を用いた材料評価

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申請者はこれまで円偏光テラヘルツ電場に対する光学伝導度スペクトルを直接観測する新しいテラヘルツ磁気光学分光法を用いて、半導体中の伝導キャリア、光伝導キャリアについて調べてきた。しかし、ヘビーキャリアについては、偏光回転が小さすぎるため、これまでの測定では精度が不十分であった。そこで本年度は、これまでの円偏光テラヘルツ磁気光学分光法と磁場変調分光法を組み合わせ、装置の高精度化にあたった。実験には直線偏光のTHz 光源と検出器、偏光ビームスプリッタとフレネルロムを用いた。反射光学測定系で、反射光の電場E(t)と試料に印加する磁場を反転させた際の変調信号ΔE(t)=E(+B)-E(-B)を測定する。この配置の測定量は円偏光に対する複素反射率である。ここで試料を透過/反射した光の円偏光の向きと印加磁場の向きの対応関係を考慮すると、ΔE<<Eでは ΔE/2E=η+iθと書き表せる。したがって一般的な時間領域反射分光の配置で高速磁場変調を行うだけで、微小な楕円偏向角ηと偏光回転θを直接評価できる。また、磁場変調を行うために、B=±0.5 Tのネオジム磁石４個を埋め込んだ円板をDCブラシレスモーターで回転させた。600 rpmで回転させることで、実質的に20 Hzの磁場変調が可能である。結果としてmradの精度が得られた。この測定のSN比はTHz時間領域分光のSNで決まり、ダイナミックレンジの向上でさらなる高分解能測定が可能である。上記の実験と並行して、テラヘルツ波を用いた固体電解質のイオン伝導評価も行った。固体電解質は燃料電池等に用いられる。申請者は固体電解質をテラヘルツ分光で測定することで、従来の手法では得られない、イオンのミクロな伝導に関する情報を初めて抽出した。本成果によって、イオン伝導のさらなる解明や、より高性能な固体電解質の開発が期待される。