電子構造とフェルミレベル制御による高次高調波発生の解明と制御

通过电子结构和费米能级控制阐明和控制高次谐波的产生

基本信息

批准号：
20J22225
负责人：
西留比呂幸
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

固体における高次高調波発生(HHG)は、従来の非線形光学ではできない非摂動な光学現象である。本研究は、この固体におけるHHGと電子構造およびフェルミレベルとの関係解明により、HHGによる電子構造解明に必須となる知見を獲得することを目指す。このためにR4年度は、①バンド分散が鋭く変化する金属型単層カーボンナノチューブ(SWCNT)と単層グラフェン、②広いバンドギャップを持つ二硫化モリブデン(MoS2)に対し調査を行った。これらに対し、電界効果デバイス構造によるフェルミレベル制御法を用いた実験と数値計算により、以下の成果を得た。①鋭い電子構造である線形分散を持つ材料：R3年度の結果をもとに、さらなる実験と数値計算を行い、変化の背景を調査した。これらの結果に関して共同研究者と議論を重ねたところ、鋭い電子構造の一つである線形分散は、HHGにほぼ寄与しないことが判明した。一方で、調査の過程で、レーザー強度とフェルミレベルの関係がHHGの強度変化を決めるという想定外の発見があった。この背景解明を、単純なバンド構造を持つ半導体型SWCNTを用いて行ったところ、HHG特有の発生過程であるトンネリング過程を制御した結果であることを解明した。この結果から、高次高調波発生を特徴づける「非摂動性」を、フェルミレベルも決定することが判明した。②広いバンドギャップを持つMoS2：R3年度の結果はノイズがあり、HHGの変化が不明瞭な点があったため、測定系を改善し、調査を行った。この結果、SWCNTにおける先行研究で判明したフェルミレベル制御によるHHGの増大の観測に成功した。MoS2の傾向は、ギャップ内において顕著であり、SWCNTの結果とは異なっている。この背景には、次元性の影響やキャリア散乱等の影響などが効いていると考えられる。また、MoS2は非対称な構造を持つため、SWCNTでは観測できなかった偶数次の変化も調査した。これに関しては、奇数次と同様の傾向を確認した。

固体中较高的谐波产生（HHG）是一种非扰动的光学现象，传统的非线性光学元件无法实现。这项研究旨在通过阐明HHG与电子结构与固体中的电子结构之间的关系以及固体水平之间的关系来获取对使用HHG阐明电子结构至关重要的知识。因此，在2014财年，我们研究了1）金属型单壁碳纳米管（SWCNTS）和单层石墨烯，其中带分散急剧变化，以及2）二硫化钼（MOS2）具有宽带隙。根据这些结果，使用现场效应设备结构使用FERMI级控制方法，通过实验和数值计算获得了以下结果。 1）具有线性分散的材料，具有鲜明的电子结构：根据R3的结果，进行了进一步的实验和数值计算以研究变化的背景。在与合作者讨论了这些结果之后，发现线性方差（尖锐的电子结构之一）对HHG几乎没有贡献。另一方面，在调查过程中，有一个意外的发现，激光强度与费米水平之间的关系决定了HHG强度的变化。使用具有简单的频带结构的半导体SWCNT阐明了这种背景，并且发现隧道过程是HHG典型的独特生成过程。该结果表明，较高谐波产生的“非扰动性”也取决于费米水平。 2）MOS2：R3的结果是噪声较大的，并且在某些点不清楚HHG的变化，因此改进了测量系统并进行了研究。结果，我们成功地观察到由于费米水平的控制，HHG的增加，这是在SWCNT的先前研究中发现的。 MOS2的趋势在间隙内发音，与SWCNT的结果不同。据认为，维度和载体散射的影响是有效的。此外，由于MOS2具有不对称结构，因此也研究了SWCNT无法观察到的均匀变化。在这方面，与奇数顺序相同的趋势被确认。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Influence of laser intensity on high-harmonic generation in semiconducting single-walled carbon nanotubes: Experiment and calculation

激光强度对半导体单壁碳纳米管高次谐波产生的影响：实验与计算

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroyuki Nishidome;Kohei Nagai;Kento Uchida;Yuta Murakami;Kenji Kawahara;Junko Eda;Hitomi Okubo;Yohei Yomogida; Hiroki Ago;Koichiro Tanaka;and Kazuhiro Yanagi
通讯作者：
and Kazuhiro Yanagi

金属型単層カーボンナノチューブとグラフェンにおける高次高調波発生のフェルミレベル依存性

金属单壁碳纳米管和石墨烯中高次谐波产生的费米能级依赖性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
西留比呂幸;永井恒平;内田健人;河原憲治;枝淳子;大久保瞳;蓬田陽平;吾郷浩樹;田中耕一郎;柳和宏
通讯作者：
柳和宏

"Gate-tuned high-harmonic generation in metallic single-walled carbon nanotubes and graphene"

“金属单壁碳纳米管和石墨烯中的门控高次谐波产生”

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
"Hiroyuki Nishidome;Kohei Nagai;Kento Uchida;Kenji Kawahara;Junko Eda;Hitomi Okubo;Yohei Yomogida;Hiroki Ago;Koichiro Tanaka;Kazuhiro Yanagi"
通讯作者：
Kazuhiro Yanagi"

印加電場による高次高調波発生のトンネリング過程の制御

外加电场控制高次谐波产生的隧道过程