中赤外自由電子レーザーによる選択的格子振動励起の検証と電子状態への影響

中红外自由电子激光选择性晶格振动激发及其对电子态影响的验证

• 批准号: 13J04954
• 负责人: 吉田 恭平
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J04954/
• 关键词: 自由電子レーザー; 格子振動; ラマン散乱分光; ワイドギャップ半導体

SiC、TiO_2などのワイドギャップ半導体は、省エネルギーパワーデバイス、光触媒、新型太陽電池の電極材などへの応用が考えられており、エネルギー問題・環境問題を解決する上で重要な材料である。これらの材料の物性は、固体中の格子振動と電子の相互作用(電子格子相互作用)が重要な役割を担っていると考えられており、その相互作用の解明のために、格子振動の励起を制御する技術が必要となる。そのための技術として、格子振動の吸収エネルギーに対応する光(中赤外レーザー)を固体に照射して、特定の格子振動を選択的に励起するという方法が考えられている。しかしながら、中赤外レーザーの照射で、格子振動の励起状態の制御ができることは直接的に証明されていないため、その原理実証が必要である。昨年度、アンチストークスラマン散乱分光法を用いて、SiCの中赤外レーザーによる選択的格子振動励起を原理実証に成功した。さらに、電子格子相互作用を解明するうえでは、特定の格子振動が及ぼす電子状態への影響を明確化することが重要となる。そこで、本年度は、選択的格子振動励起を行いつつ、フォトルミネッセンス(PL)測定を行うことにより、選択的格子振動励起時の電子状態を解明することを研究目的とした。具体的には、中赤外レーザーと同期させたピコ秒レーザーによるPL測定装置を開発を主として、ピコ秒レーザーのビームトランスポートラインを設計・構築を行った。また、他の材料の選択的格子振動励起を検証するため、ピコ秒レーザーを用いた実験系の構築と並行して、ZnOの選択的格子振動励起の検証を行った。その結果、ZnOは、プローブ光として用いたNd-YAGレーザー照射で二光子吸収によるPLが観測され、ZnOからのPL信号がアンチストークスラマン散乱信号観測におけるS/N比を低下させていることが示唆された。

SIC和TIO_2等宽差距半导体被认为用于省电的功率设备，光催化剂和新太阳能电池的电极材料，并且是解决能量和环境问题的重要材料。据信，晶格振动与固体中电子（电子晶格相互作用）之间的相互作用在这些材料的物理特性中起着重要作用，为了阐明相互作用，需要一种控制晶格振动激发的技术。作为此目的的一种技术，一种方法是用光（中红外激光）照射固体，与晶格振动的吸收能相对应，并选择性地激发特定的晶格振动。但是，尚未直接证明，可以通过中红外激光来控制晶格振动的激发状态，因此有必要证明原理。去年，我们成功地使用了反stokes拉曼散射光谱，成功地使用了SIC的中红外激光来证明选择性晶格振动激发的原理。此外，在阐明电子晶格相互作用时，重要的是要阐明特定晶格振动对电子状态的影响。因此，今年的研究目的是通过在进行选择性晶格振动激励的同时进行光致发光（PL）测量来阐明选择性晶格振动激发期间的电子状态。具体而言，我们使用了与中红外激光同步的皮秒激光器开发了PL测量设备，并为Picsecond Laser设计和构建了光束传输线。此外，为了验证其他材料的选择性晶格振动激发，我们对ZnO的选择性晶格振动激发进行了验证，该激发与使用Picsecond laser的实验系统并行。结果，由于用作探针光的ND-YAG激光的辐射，观察到ZnO的PL，这表明来自ZnO的PL信号在观察抗Stokes-Raman散射信号时降低了S/N比。

项目成果

Experimental demonstration of mode-selective phonon excitation of 6H-SiC by a midinfrared laser with anti-Stokes Raman scattering spectroscopy

中红外激光反斯托克斯拉曼散射光谱模式选择性声子激发 6H-SiC 的实验演示

• DOI: 10.1063/1.4827253
• 发表时间: 2013
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Kyohei Ybshida;Taro Sonobe;H eishun Zen;Kan Hachiya;K e nsuke Okumura;Kenta M is h ima;Motoharu Inukai;H ani Negm;Konstantin T o r g a s i n ;Mohamed Omer;Toshiteru Kii;Kai Masuda;Hideaki Ohgaki
• 通讯作者: Hideaki Ohgaki

ラマン散乱測定法を用いた中赤外レーザーによる選択的格子振動励起の直接観測

使用拉曼散射仪直接观察中红外激光选择性晶格振动激发

• 发表时间: 2014
• 作者: 吉田恭平;園部 太郎;全 炳俊 ;峰谷 寛;奥村 健介;三島 健太;犬飼 元晴;Hani Negm;Konstantin Torgasin;Maoharned Omer;紀井 俊輝;増田 開;大垣 英明
• 通讯作者: 大垣 英明

アンチストークスラマン散乱分光法を用いた中赤外自由電子レーザーによる選択的格子振動励起の直接観測

利用反斯托克斯拉曼散射光谱直接观察中红外自由电子激光选择性晶格振动激发

• 发表时间: 2014
• 作者: Kyohei Ybshida;Taro Sonobe;H eishun Zen;Kan Hachiya;K e nsuke Okumura;Kenta M is h ima;Motoharu Inukai;H ani Negm;Konstantin T o r g a s i n ;Mohamed Omer;Toshiteru Kii;Kai Masuda;Hideaki Ohgaki;大橋聖和，金川久一;吉田恭平;大橋聖和;K. Oohashi;K. Yoshida;大橋聖和;村田智哉;吉田恭平
• 通讯作者: 吉田恭平

アンチストークスラマン散乱測定法を用いた中赤外FELによる選択的格子振動励起の原理実証

使用反斯托克斯拉曼散射测量方法证明使用中红外 FEL 选择性晶格振动激发的原理

• 发表时间: 2014
• 作者: 吉田恭平;園部太郎;全炳俊;蜂谷寛;高見清;奥村健祐;栂村勇輔;犬飼元晴;三島健太;Sikharin Suphakul;Negm Hani;Konstantin Torgasin;Mohamed Omer;紀井俊輝;増田 開;大垣英明
• 通讯作者: 大垣英明

Direct observation of the mode-selective phonon excitation by mid-infrared pulse laser through anti-Stokes Raman scattering

通过反斯托克斯拉曼散射直接观察中红外脉冲激光模式选择声子激发

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Yoshida;T. Sonobe;H. Zen;K. Hachiya;K. Okumura;K. Mishima;M. Inukai;H. Negm;K. Torgasin;M. Omer;T. Kii;K. Masuda;H. Ohgaki
• 通讯作者: H. Ohgaki