多重励起パルスと時間分解コヒーレント分光で制御する電子正孔系の量子ダイナミクス

由多个激发脉冲和时间分辨相干光谱控制的电子空穴系统的量子动力学

基本信息

批准号：
14J03855
负责人：
田原弘量
金额：
$ 1.91万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J03855/
关键词：
光物性光電流コヒーレント制御

项目摘要

本研究の目的は、固体中の電子正孔系を複数の光パルスによって制御し、新たな機能を生み出すことである。昨年度に開発した光電流コヒーレント分光システムを利用し、光電流生成過程の研究を行った。まず、低温環境下におけるGaAs結晶の光電流生成過程の研究を行った。測定した光電流の超高速時間応答をフーリエ変換することで、光電流生成に寄与する量子状態のスペクトル分布を得ることに成功した。このスペクトルを解析することで、光電流を発生させる３つの過程が存在することが分かった。これら３つの過程は同時に光電流を生成するために従来の手法では解析が困難であったものであり、本研究によって初めて詳細な過程が解明された。温度に対する依存性を測定することで、アクセプタのイオン化に伴って支配的な光電流生成過程が推移することを明らかにした。また、観測された非発光状態が光電流に大きな寄与を与えていることを明らかにした。次に、太陽電池材料として近年盛んに研究が行われているハロゲン化鉛ペロブスカイトについて、バンドギャップ内局在準位の研究を行った。バンドギャップ内局在準位は発光スペクトルと吸収スペクトルに現れないために観測が困難であり、詳細な物性が理解されていなかった。局在準位を高感度に検出することが可能な光電流コヒーレント分光を用いることで、局在準位が存在することを示し、温度に対する依存性を明らかにした。これらの研究を通して、複数光パルスによる分光法が固体の光学的・電気的特性を明らかにするための有力な手法になること、さらに光電流生成過程を光パルスによって制御できることを示した。

这项研究的目的是使用多个光脉冲控制固体中的电子空穴系统以创建新功能。利用去年开发的光电流相干光谱系统，我们对光电流的产生过程进行了研究。首先，我们研究了低温环境下GaAs晶体的光电流产生过程。通过对测量的光电流的超快时间响应进行傅里叶变换，我们成功地获得了有助于光电流产生的量子态的光谱分布。通过分析这个光谱，我们发现产生光电流的过程有3个。这三个过程很难用传统方法进行分析，因为它们同时产生光电流，而这项研究首次阐明了详细的过程。通过测量对温度的依赖性，我们揭示了主要的光电流产生过程随着受体电离而变化。我们还发现，观察到的非发射态对光电流有很大贡献。接下来，我们研究了卤化铅钙钛矿带隙内的局域能级，近年来卤化铅钙钛矿作为太阳能电池材料得到了积极的研究。带隙内的局域能级很难观察到，因为它们没有出现在发射和吸收光谱中，并且它们的详细物理性质尚不清楚。通过使用可以高灵敏度检测局域能级的光电流相干光谱，我们证明了局域能级的存在并阐明了它们对温度的依赖性。通过这些研究，我们表明使用多个光脉冲的光谱是阐明固体光学和电学性质的有效方法，并且光电流的产生过程可以通过光脉冲控制。