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Efficient terahertz photovoltaic effect by phonon excitation

通过声子激发实现高效太赫兹光伏效应

基本信息

批准号：
22K18684
负责人：
岡村嘉大
金额：
$ 4.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18684/
关键词：
光起電力効果強誘電体フォノンシフト電流トポロジー

项目摘要

本研究では、バンド間遷移を起こさない、フォノンを励起することによるシフト電流の観測を狙う。シフト電流は光励起時の波動関数の変化に伴う電子分極の変化が本質的起源であるため、フォノン励起時における波動関数変化が大きいほど高効率な光電流生成が期待できる。したがって候補物質として、大きな振動子強度を持ったソフトフォノンを有するBaTiO3やSbSI、巨大な電子分極を有する有機強誘電体TTF-CAなどを計画している。またこれらに加えて、電子励起による巨大なシフト電流が報告されているポーラーな結晶構造をもつワイル半金属TaAsも重要な候補である。この物質では、フォノンとトポロジカル電子構造が強く相互作用するという報告もなされているため、フォノン励起についても同様に大きな効果が発現する可能性がある。初年度では、まずパルス面傾斜法を用いることで高強度テラヘルツ光を発生させ、光電流をオシロスコープによって取り込む測定系の整備を行い、十分な精度を実現した。その後、上に挙げた物質のうち、変位型強誘電体のBaTiO3およびSbSIの測定を行った。どちらの物質においてもテラヘルツ光照射によって光電流の観測に成功した。また、理論研究との比較を行い、シフト電流機構に由来していることを示した。さらに、周波数応答や光電流生成効率の定量的評価も行い、他の物質の電子励起におけるバルク光起電力効果の効率と比べても大きな値であることを示した。前者の研究については論文としてまとめ、PNASに出版された。

In this study, the migration between the two components was investigated, and the current was measured. The change in the ratio of the current to the photoexcitation start-up time is accompanied by the change in the electron polarization to the origin of the nature. For example, BaTiO3, SbSI and TTF-CA are candidates for high vibrational strength. This is the first time that a large amount of current has been reported due to an increase in electron excitation and a decrease in the number of semi-metallic TaAs. The electronic structure of these substances is strongly interacting with each other. It is possible that the same effect will occur. In the early years, the measurement system was developed with high intensity and high accuracy. The determination of BaTiO3 and SbSI in the post-and post-transition materials was carried out. The measurement of photocurrent by light irradiation was successful. The origin of the theoretical study In addition, the number of cycles can be used to evaluate the photocurrent generation efficiency quantitatively. The electron excitation of other substances can be used to evaluate the photocurrent generation efficiency. The former research papers are published in PNAS.