シングルショットフェムト秒分光法の開発と固体中の不可逆光誘起現象の解明

单次飞秒光谱的发展和固体中不可逆光致现象的阐明

• 批准号: 11440091
• 负责人: 武田 淳
• 金额: $ 9.34万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11440091/
• 关键词: 不可逆光誘起現象; シングルショット; フェムト秒分光法; 光カーゲート; ZnOエピタキシャル薄膜; 光誘起磁気相転移; ヘテロ環状ラジカル; 光サンプリング; 光カーゲート法; ベータカロチン; 分子内プロトン移動; フォトクロミズム; 逆フォトクロミズム; ナノ秒過渡吸収分光

本課題では超高速で生じる光誘起現象、とりわけ固体中の不可逆な光誘起現象の過渡的振る舞いを明らかにできる分光法の開発をめざした。また興味ある光誘起現象を示す物質を探索し、開発した分光法によりその物性解明を行った。本課題で構築した分光法は、1.シングルショット過渡吸収分光法、2.光カーゲート時間分解発光分光法、3.光サンプリング過渡回折分光法の三種類である。1においては、ゲート光と時間を数ピコ秒に拡大した単色のプローブ光とをカー媒質上で角度を付けて線状に絞り込むことにより光学系を構築した。HITCI色素の吸収のブリーチングを観測したところ、250フェムト秒間隔の分子振動をレーザパルス〜100ショットの積算で明瞭に観測できた。しかしながら当初目的の1ショットではSNの良いデータの取得はできなかった。今後プローブ光を白色光にし時間及びスペクトル情報を瞬時に計測できるシステムにするとともに、1ショットにおいてもSNの良いデータ取得ができるように改良を加える必要がある。2においては、高屈折ガラスをカー媒質として用いることにより、時間分解能〜200フェムト秒の光カーゲート時間分解発光分光法を立ち上げた。この方法により、ベータカロチンおよびZnOエピタキシャル薄膜中に光励起された電子-正孔プラズマ状態からの時間分解発光スペクトルの測定に成功した。3においては、繰り返し周波数のわずかに異なる2台のフェムト秒レーザを用いて光サンプリング過渡回折分光法を構築し、サブピコ秒から数ナノ秒までの広い時間範囲にわたって、GaAs量子井戸の励起子の位相緩和、エネルギー緩和、スピン緩和を同一のシステムで捉えることに成功した。この他に、ハロゲン架橋白金錯体における一次元励起子の波束の運動の観測、フォトクロミック化合物の光構造変化の動的過程の観測、ヘテロ環状ラジカル結晶における磁気双安定性の光制御を行った。

在这个项目中，我们的目标是开发一种光谱方法，可以阐明超高速下发生的光致现象的瞬态行为，特别是固体中不可逆的光致现象。我们还寻找表现出有趣的光诱导现象的物质，并使用开发的光谱方法阐明了它们的物理性质。该项目开发的三种光谱是1.单次瞬态吸收光谱，2.光学克尔盖特时间分辨发射光谱，以及3.光学采样瞬态衍射光谱。在图1中，通过将持续时间扩展到几皮秒的门光和单色探测光以一定角度在克尔介质上聚焦成线性形状来构建光学系统。当我们观察HITCI染料吸收的漂白时，通过积分100个激光脉冲，我们能够清楚地观察到间隔250飞秒的分子振动。然而，用原本打算的单次拍摄无法获得具有良好SN的数据。未来，需要将探测器变成白色，创建一个可以瞬时测量时间和光谱信息的系统，并进行改进，以便即使在一次发射中也可以获得具有良好SN的数据。在2中，我们使用高折射率玻璃作为克尔介质，推出了时间分辨率约为200飞秒的光学克尔门时间分辨发射光谱。利用这种方法，我们成功地测量了 β-胡萝卜素和 ZnO 外延薄膜中光激发电子空穴等离子体态的时间分辨发射光谱。在3中，我们使用重复频率略有不同的两个飞秒激光器构建了光学采样瞬态衍射光谱方法，并在亚皮秒到几纳秒的宽时间范围内研究了GaAs量子阱中激子的相位，我们成功地捕获了弛豫，同一系统中的能量弛豫和自旋弛豫。此外，我们还观察了卤素桥铂配合物中一维激子波包的运动，观察了光致变色化合物中光学结构变化的动态过程，以及杂环自由基晶体中光控磁双稳态。

项目成果

"Decay Processes of a Photo-Excited State in a Strong Electron-Phonon Coupling System Trans-[Pt(en)_2Cl_2](ClO_4)_2"

“强电子声子耦合系统 Trans-[Pt(en)_2Cl_2](ClO_4)_2 中光激发态的衰变过程”

• 发表时间: 2000
• 期刊: J. Phys. Soc. Jpn. 69
• 作者: K. Sakata;S. Kamei;T. Sekiya;J. Takeda and S. Kurita
• 通讯作者: J. Takeda and S. Kurita

S.Tomimoto, S.Saito, T.Suemoto, K.Sakata, J.Takeda, S.Kurita: ""Bridging-Halogen Dependence of Ultrafast Dynamics of Excitons in Quasi-One-Dimensional Platinum Complexes""International Journal of Modern Physics B. 15. 3981-3984 (2001)

S.Tomimoto、S.Saito、T.Suemoto、K.Sakata、J.Takeda、S.Kurita：“准一维铂配合物中激子超快动力学的桥接卤素依赖性”《国际现代物理学杂志》

"Transient Absorption Spectroscopy of a Photochromic Dinitrobenzylpyridine"

“光致变色二硝基苄基吡啶的瞬态吸收光谱”

• 发表时间: 2000
• 期刊: Mol. Cryst. Liq. Cryst. 345
• 作者: Y. Ikeda;J. Takeda and S. Kurita
• 通讯作者: J. Takeda and S. Kurita

J.Takeda, S.Kurita, Y.F.Chen, T.Yao: ""Ultrafast Carrier Dynamics in ZnO Epitaxial Thin Films Studied by Optical Kerr Gate Luminescence Spectroscopy""International Journal of Moder Physics B. 15. 3669-3672 (2001)

J.Takeda、S.Kurita、Y.F.Chen、T.Yao：“通过光学克尔门发光光谱研究的 ZnO 外延薄膜中的超快载流子动力学””国际现代物理学杂志 B. 15. 3669-3672 (2001)

J.Takeda, M.Imae, S.Kurita, T.Kodaira: ""Thermochromism and Magnetic Phase Transition in an Organic Radical 1, 3, 5-Trithia-2, 4, 6-Triazapentalenyl"Phase Transitions. (印刷中). (2002)

J.Takeda、M.Imae、S.Kurita、T.Kodaira：“有机自由基 1, 3, 5-Trithia-2, 4, 6-Triazapentalenyl 中的热致变色和磁相变”相变。（出版中） (2002)