コヒーレントフォノン生成の前駆過程の一端を解明―超短パルスレーザーによるシリコン結晶の光励起で：筑波大学
(2019年5月17日発表)
筑波大学と米国ピッツバーグ大学の研究グループは5月17日、半導体シリコンに高強度超短パルスレーザーを照射した直後に誘起されるプラズモンと縦光学フォノンの非断熱相互作用が、格子ダイナミックスを支配する要因の一つであることを、理論と実験の両面から立証したと発表した。
10フェムト秒（10－14秒）程度の時間幅を持つ高強度超短パルスレーザーを半導体に照射すると、高密度電子励起（れいき）に伴い、時間・空間的に位相が揃った縦光学フォノンが励起され、コヒーレントフォノンと呼ばれる顕著な振動現象が現れる。
今回の研究は、このコヒーレントフォノン生成の前駆過程の一端を解き明かしたもので、今後の光誘起超高速ダイナミックスの研究の進展への寄与が期待されるとしている。
研究グループは、超短パルスレーザーによって励起されたキャリアと縦光学フォノンが結合して過渡的な複合量子状態であるポーラロニック準粒子が形成されるという理論模型に基づき、コヒーレントフォノン生成ダイナミックスに関する理論の構築を試みた。
研究の結果、プラズモンとフォノンの両モードがローゼン‐ツェルナー型非断熱相互作用を起こすことによって、コヒーレントフォノンの時間シグナルに特異な振動パターンが発現し、そのスペクトル形状に顕著な非対称性が発現する現象を見出した。
この理論計算結果を実験と比較したところ、有意な一致が得られた。これにより、ポーラロニック準粒子モデルに基づく理論が実験からも検証され、コヒーレントフォノン生成の起源となる前駆過程の一端が立証されたと考えられるという。
今後はこの成果をもとに、なお未解明な現象の検証が可能になるとしている。
