偏光制御フェムト秒パルス列を用いたフォノンエコー計測法の開発とデコヒーレンス計測

使用偏振控制飞秒脉冲串开发声子回波测量方法和退相干测量

• 批准号: 21K18904
• 负责人: 中村 一隆
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18904/
• 关键词: フェムト秒; コヒーレントフォオン; アト秒; コヒーレントフォノン; アト秒精度; 量子コヒーレンス; フォノンエコー; デコヒーレンス

2022年度には，2021年度に整備した装置を用いて，第二次高調波発生を用いた自己相関計測を行い，パルス幅やタイミング制御の確認を行なった。また，相対位相制御４パルスを用いてダイヤモンド光学フォノンの計測と制御の実験を行なった。３つのパルスP1,P3,P4を用いた，シングルパルス励起でダブルプローブパルス検出する測定では，P3P4の遅延に依存した干渉が観測された。その位相はプローブパルスの相対偏光が平行と直交のときで180度異なっていた。４パルスを使った測定では，２ポンプパルス間隔と偏光，２プローブパルス間隔と偏光を制御することで，コヒーレント光学フォノンの干渉形状に違いが観測されている。こうした干渉の振る舞いについては，現在プローブ過程における量子モデル計算による解析を始めている。理論研究としては，偏光を考慮に入れたプローブ過程の量子モデル計算に着手している。また，励起パルスによるコヒーレント光学フォノンの量子モデル計算においても，状態関数を電子状態とフォノン状態の積状態を用いて展開し，係数の時間発展を直接数値計算が行えるようにした。これまでの二次摂動を超えた効果を考慮するとともに，初期フォノン分布を考慮した計算ができるようになった。振動数4.5THzの光学フォノンモードに対して，温度10Kと290Kでの熱平衡分布を初期状態として，コヒーレント光学フォノン振幅を計算した。その結果，振動状態指定した振動変位は振動状態に依存したが，全体としてのフォノン振動振幅には，顕著な温度依存が見られないことが明らかになった。また，フォノン振幅の分散が２倍の振動数で振動することがわかり，完全なコヒーレント状態にはないことが示された。

2022年度，使用2021年度安装的设备进行了二次谐波发生的自相关测量，并确认了脉冲宽度和定时控制。我们还使用具有相对相位控制的四个脉冲进行了金刚石光学声子的测量和控制实验。在使用三个脉冲P1、P3和P4来检测单脉冲激励的双探针脉冲的测量中，观察到依赖于P3P4的延迟的干扰。当探测脉冲的相对偏振平行且正交时，相位相差 180 度。在使用四个脉冲的测量中，通过控制两个泵浦脉冲和偏振之间的间隔以及两个探测脉冲和偏振之间的间隔来观察相干光学声子的干涉形状的差异。我们目前开始在探测过程中使用量子模型计算来分析这种干扰的行为。至于理论研究，我们已经开始计算考虑偏振的探测过程的量子模型。此外，在使用激发脉冲的相干光学声子的量子模型计算中，使用电子态和声子态的乘积态来展开状态函数，使得可以直接数值计算系数的时间演化。除了考虑传统二阶扰动之外的影响之外，现在还可以执行考虑初始声子分布的计算。以10 K和290 K温度下的热平衡分布为初始状态，计算了频率为4.5 THz光学声子模式的相干光学声子振幅。结果表明，尽管振动状态指定的振动位移取决于振动状态，但总体声子振动幅度并未表现出任何显着的温度依赖性。还发现声子振幅的色散以两倍频率振荡，表明它不处于完全相干状态。

项目成果

Quantum theory for generation and control of coherent phonons in solids

固体中相干声子的产生和控制的量子理论

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazutaka G. Nakamura; Itsuki Takagi;Yosuke Kayanuma
• 通讯作者: Yosuke Kayanuma

コヒーレント光学フォノン生成に対する初期フォノン分布効果の理論計算

初始声子分布对相干光学声子产生影响的理论计算

• 发表时间: 2022
• 作者: 高木一旗;中村一隆
• 通讯作者: 中村一隆

偏光を制御した赤外光パルス対によるダイヤモンドコヒーレント光学フォノン干渉

使用偏振控制红外光脉冲对进行金刚石相干光学声子干涉

• 发表时间: 2022
• 作者: 高木一旗;萱沼洋輔;中村一隆
• 通讯作者: 中村一隆

The influence of initial phonon states on the generation of coherent optical phonons

初始声子态对相干光学声子产生的影响

• DOI: 10.1016/j.ssc.2022.115053
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 2.1
• 作者: Takagi Itsuki;Nakamura Kazutaka G.
• 通讯作者: Nakamura Kazutaka G.

Interference of optical phonons in diamond studied using femtosecond pulses of polarized near-infrared light

使用偏振近红外光的飞秒脉冲研究金刚石中光学声子的干涉

• DOI: 10.1016/j.ssc.2022.114747
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 2.1
• 作者: Itsuki Takagi; Taichi Kato; Yosuke Kayanuma;Kazutaka G. Nakamura
• 通讯作者: Kazutaka G. Nakamura