中赤外自由電子レーザーによる赤外不活性フォノンモードの選択励起

摘要

中赤外レーザーといくつかのワイドバンドギャップ半導体材料との相互作用により、本来それぞれが異なるエネルギー機能の発現に寄与するはずの個々の格子振動モードをひとつひとつに分解して自由に励起し、または抑制することで、エネルギーが固体中でどのように失われるか、材料あるいは結晶格子中の何によって失われるか、逆にどのように高効率に伝達されているかを明らかにするために、中赤外自由電子レーザー光源KU-FELを用いた新しいフォノン分光法の確立を目指している。とくに現在は、FEL二光子励起を利用した赤外不活性モード励起を、「究極のパワー半導体」とされ超伝導現象の発現でも知られるダイヤモンドに応用している。本来、通常の励起法では、熱統計と選択則にしたがって、同時に多数のフォノンモードが励起され、物性・機能の発現の決め手となっている特定のモードがいずれかはわからない。そのため、熱的なフォノン励起に代わる技術が必要となる。そこで、中赤外領域の光が固体における代表定な光学フォノンの吸収領域に対応していることに着目し、中赤外自由電子レーザーによる新しいフォノン励起法を用いることにした。波長可変なKU-FELで光学的(非熱的)にフォノン励起を行い、さらにアンチストークス・ラマン散乱測定法を用いて、選択的フォノン励起を直接的な手法で実証する。