Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

テラヘルツ非線形光学 / テラヘルツ分光 / 非線形光学 / 半導体光学 / 超高速レーザー分光 / 高次高調波発生 / テラヘルツ光 / 単層半導体 / グラフェン / 半導体光物性 / 高強度テラヘルツ光 / 半導体 / 非線形分光

固体における極端な非線形光学現象を観測するために、20 THz以上の周波数を有する高強度テラヘルツ光源および1 THz近傍で0.1 THz以下の線幅ともつ波長可変高強度テラヘルツ光源を構築した。半導体試料において1s励起子準位の巨大なラビ分裂や光吸収のサブサイクル応答を観測した。また、MoS2やグラフェンのような単一層物質において高次高調波発生を初めて確認し、原子気体系とは異なる固体特有の特徴を有することを明らかにした。また、これらを説明する理論モデルを提案した。

電子正孔系 / 励起子モット転移 / 電子正孔BCS / 励起子ボースアインシュタイン凝縮 / テラヘルツ / 半導体 / 超高速現象 / ヒッグスモード / 量子凝縮 / 励起子 / ボースアインシュタイン凝縮 / 電子正孔プラズマ / ボース-アインシュタイン凝縮 / 電子正孔BCS状態 / s波超伝導 / 高密度励起現象 / 励起子ボース-アインシュタイン凝縮 / 電子正孔液滴 / 励起子絶縁体 / テラヘルツ分光 / ポンププローブ分光

光励起された半導体を舞台として、励起子のボース・アインシュタイン凝縮や電子正孔BCS状態といった量子凝縮相の発現の可能性の探求、それらの間のクロスオーバーの問題に密接に関連する励起子モット転移の解明にテラヘルツ分光法を用いて挑んだ。励起子のイオン化率を定量評価する手法を開発し、励起子モット転移が生じる密度領域での電子正孔系の相図の決定に成功した。電子正孔金属相においては、電子正孔BCS状態の前兆を示唆する結果をついに得た。量子凝縮相の非平衡ダイナミクスの実験的探求を重要課題と位置づけ、s波超伝導体と光とのコヒーレント相互作用を調べ、秩序変数の振幅の振動（ヒッグスモード）の観測に成功した。

テラヘルツ分光 / ホール測定 / 半導体 / 移動度 / 磁気光学効果 / 磁気カー回転 / カー回転

超高速エレクトロニクスの基盤となる新規材料の伝導特性を広い周波数範囲で決定することは材料系の潜在能力を評価する上で必須である。特に、周波数100GHz以上の高周波領域での特性評価は、次世代超高速エレクトロニクス素子、光エレクトロニクス素子を開拓するうえで極めて重要である。この観点のもとに本研究では、フェムト秒レーザーにより発生されるテラヘルツ電磁波パルスを用いた高精度、高感度な偏光分光法を開発し、これと磁気光学効果を組み合わせて、テラヘルツ周波数領域での非接触ホール測定技術を開拓することを目的とした。本研究の成果は以下のとおりである。
・振幅と位相の直接測定であるテラヘルツ時間領域分光法の特徴を利用することで、偏光分光法の検出精度として、回転角にしてサブミリラジアンに達することに成功した。当初目標値は1ミリラジアンであり、所定の目標を上回る成果を得ることができた。
・磁気光学スペクトルから、誘電関数、ホール伝導度を導くアルゴリズムの開発を行った。
・反射測定の際の参照試料の位置決め誤差による位相変化を、最大エントロピー法を用いて数値的に補正するアルゴリズムの開発を進めた。
極微弱信号領域の測定では観測量(偏光回転スペクトル)の定量性を確認することが重要である。このために、半導体InAs基板を試料に用いて、微弱信号領域での偏光回転スペクトルの定量性の確認を行った。その結果、電子濃度、移動度から導かれるホール伝導度、これらから予想される偏光回転スペクトルと定量的にも一致が得られた。InAsでは、磁気プラズマ共鳴効果によって、10ガウスの微弱磁場下でのホール効果を非接触で観測することが可能になった。

【研究分担者】
廣理英基	京都大学	物質－細胞統合システム拠点	特定准教授	(Kakenデータベース)
谷峻太郎	東京大学	物性研究所	助教	(Kakenデータベース)