6. コヒーレントフォノン制御
固体結晶に対し、そのフォノン振動の周期よりも短い時間幅を持ったパルスレーザーを照射すると、結晶のフォノン運動を励起することができる。通常の熱で励起されるフォノンと異なり、 レーザー光が照射された領域内で原子（分子）の運動の位相が揃った状態で励起が行われるため、このようなフォノン振動をコヒーレントフォノンと呼ぶ。 コヒーレントフォノンを計測するには、pump-probe分光によって反射率の変化として計測することが一般的です。
6-1. ビスマス単結晶の二次元原子運動の制御と可視化
ビスマスの単位格子を図１１に示す。z軸方向に振動するA1gモードとxy平面内で二重縮退したEgモードという二つのモードが存在している。 これらのモードの励起振幅を光によって制御することができれば、結晶格子中の原子の運動を制御できることに繋がる。実験では、図１２のような光学系を用い、ポンプ光の照射による プローブ光の反射率変化を測定している。
図11 ビスマスの単位格子とフォノンモード
図１２ コヒーレントフォノン光学系
励起パルスとしてチャープパルスを時間的に重ねた励起パルスを用い、両者の遅延時間を制御することでTHz領域の変調をスペクトルに与え、フォノンの振幅制御をおこなっている。 さらにab initio計算によって反射率の変化と原子の変位の間の比例定数を計算し、反射率の変化から光の照射された平面内における原子の変位を可視化することに成功した。 より詳細を知りたい方は、以下の文献を参考にして下さい。
図１３ フォノン振幅制御結果
6-2. ルブレン単結晶のTHzフォノン熱浴分布の制御
現在執筆中
【関連論文】
-
Optical manipulation of coherent phonons in superconducting YBa2Cu3O7-δ thin films
Y. Okano, H. Katsuki, Y. Nakagawa, H. Takahashi, K. G. Nakamura and K. Ohmori, Faraday Discussions 153, 375-382 (2011). -
All-Optical Control and Visualization of Ultrafast 2D Atomic Motions in a Single Crystal of Bismuth
H. Katsuki, J. C. Delagnes, K. Hosaka, K. Ishioka, H. Chiba, E. S. Zijlstra, M. E. Garcia, H. Takahashi, K. Watanabe, M. Kitajima, Y. Matsumoto, K. G. Nakamura, and K. Ohmori, Nature Communications 4:2801 doi:10.1038/ncomms3801 (2013). -
Mode Selective Excitation of THz vibrations in Single Crystalline Rubrene
K. Yano, H. Katsuki, and H. Yanagi,
J. Chem. Phys. 150, 054503 (2019).
Homepage of Hiroyuki Katsuki
Coherent Control with Ultrafast Lasers
Education:
1997 B. Sc. Kyoto University
2002 Ph. D. Faculty of Science, Graduate School of Science, Kyoto University
Professional Career:
1999.4-2002.3 JSPS Research fellow
2002.4-2004.3 Post doctoral fellow at University of Zuerich
2004.4-2006.3 Research Associate at Institute for Molecular Science
2006.4-2012.6 Assistant Professor at Institute for Molecular Science
2010.10-2014.3 PRESTO researcher, Japan Science and Technology agency
2012.6- Associate Professor, Nara Institute of Science and Technology
2019.4- Guest Associate Professor, Institute for Molecular Science
Honors and Prizes:
1) 2007 Research Awards from Research Foundation for Optic-Science and Technology (Research Foundation for Optic-Science and Technology) (2008)
2) The 3rd PCCP prize (Royal Society of Chemistry) (2009)
3) 2011 Young Scientists' Prize (MEXT of Japan) (2011)
4) Research Funds from the Morino Foundation (The Morino Foundation) (2011)
5) 2017 NAIST Academic Awards (NAIST)(2018)
Research Interests:
1) Coherent control of molecular excitations in gas and condensed phase
2) Control of coherent phonon motion in bulk solid
3) Control and observation of polariton dynamics in a microcavity