円偏光テラヘルツ波を用いた材料評価

使用圆偏振太赫兹波进行材料评估

基本信息

批准号：
17J04949
负责人：
森本智英
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04949/
关键词：
テラヘルツ半導体磁気光学分光固体電解質

项目摘要

申請者はこれまで円偏光テラヘルツ電場に対する光学伝導度スペクトルを直接観測する新しいテラヘルツ磁気光学分光法を用いて、半導体中の伝導キャリア、光伝導キャリアについて調べてきた。しかし、ヘビーキャリアについては、偏光回転が小さすぎるため、これまでの測定では精度が不十分であった。そこで本年度は、これまでの円偏光テラヘルツ磁気光学分光法と磁場変調分光法を組み合わせ、装置の高精度化にあたった。実験には直線偏光のTHz 光源と検出器、偏光ビームスプリッタとフレネルロムを用いた。反射光学測定系で、反射光の電場E(t)と試料に印加する磁場を反転させた際の変調信号ΔE(t)=E(+B)-E(-B)を測定する。この配置の測定量は円偏光に対する複素反射率である。ここで試料を透過/反射した光の円偏光の向きと印加磁場の向きの対応関係を考慮すると、ΔE<<Eでは ΔE/2E=η+iθと書き表せる。したがって一般的な時間領域反射分光の配置で高速磁場変調を行うだけで、微小な楕円偏向角ηと偏光回転θを直接評価できる。また、磁場変調を行うために、B=±0.5 Tのネオジム磁石４個を埋め込んだ円板をDCブラシレスモーターで回転させた。600 rpmで回転させることで、実質的に20 Hzの磁場変調が可能である。結果としてmradの精度が得られた。この測定のSN比はTHz時間領域分光のSNで決まり、ダイナミックレンジの向上でさらなる高分解能測定が可能である。上記の実験と並行して、テラヘルツ波を用いた固体電解質のイオン伝導評価も行った。固体電解質は燃料電池等に用いられる。申請者は固体電解質をテラヘルツ分光で測定することで、従来の手法では得られない、イオンのミクロな伝導に関する情報を初めて抽出した。本成果によって、イオン伝導のさらなる解明や、より高性能な固体電解質の開発が期待される。

迄今为止，申请人已经使用一种新的太赫兹磁光光谱方法研究了半导体中的导电载流子和光电导载流子，该方法直接观察响应于圆偏振太赫兹电场的光导谱。然而，对于重载流子来说，偏振旋转太小，因此之前的测量不够准确。因此，今年我们将传统的圆偏振太赫兹磁光光谱和磁场调制光谱结合起来，以提高装置的精度。该实验使用了线偏振太赫兹光源、探测器、偏振分束器和菲涅尔ROM。当反射光的电场E(t)和施加到样品的磁场相反时，反射光学测量系统测量调制信号ΔE(t)=E(+B)-E(-B)。这种布置的测量量是圆偏振光的复反射率。考虑到样品透射/反射的圆偏振光方向与施加磁场方向的对应关系，当ΔE<<E时，可以写为ΔE/2E=η+iθ。因此，通过简单地在一般时域反射光谱布置中执行高速磁场调制，可以直接评估微小椭圆偏转角η和偏振旋转θ。此外，为了进行磁场调制，嵌入有四个B=±0.5T的钕磁体的圆盘通过直流无刷电机旋转。通过以 600 rpm 的速度旋转，几乎可以实现 20 Hz 的磁场调制。结果，获得了mrad精度。该测量的信噪比由太赫兹时域光谱的信噪比决定，改进的动态范围可以实现更高分辨率的测量。与上述实验并行，我们还使用太赫兹波评估了固体电解质的离子电导率。固体电解质用于燃料电池等。通过使用太赫兹光谱测量固体电解质，申请人首次提取了使用传统方法无法获得的有关离子微观传导的信息。这一结果有望进一步阐明离子传导并开发更高性能的固体电解质。