光物性工学研究室


大阪市立大学大学院 工学研究科電子情報系専攻
(工学部 電子・物理工学科)
光物性工学分野

Laboratory of
Optical Properties and Functions of Condensed Matter
Department of Applied Physics
Graduate School of Engineering
Osaka City University

研究内容の概略

太陽光の恵みによって地球上の生命が維持されているように、私たちの世界は光に満ちあふれています。光物性とは、「光と物質の相互作用の諸現象」を総称する言葉であり、身近に見ている光の反射、吸収、発光、散乱という現象がその代表的なものです。また、光(オプト)エレクトロニクスという工学分野は、この光物性を物理学的な基礎として成り立っています。
我々の光物性工学研究室では、様々な物質の光物性とそれに基づく光機能性について、先端的な研究を行っています。以下に、その一端を紹介します。

* ナノ構造半導体の光物性と光機能性
ナノメータ・スケールで人工的に結晶構造を制御した半導体では、電子、正孔、励起子(電子・正孔のクーロン結合粒子)および励起子ポラリトン(光と励起子がカップルした状態)などに顕著な量子効果(波動性)が発現し、バルク結晶とは異なった新たな物性と機能が生まれます。少し気どった言葉ですが、これらを「波動関数工学」と呼ぶこともあります。我々は代表的なナノ構造半導体である、量子井戸および超格子を対象に、それらの光物性と光機能に関する先端的な研究を展開しています。

* 超高速コヒーレント現象
様々な光学現象のコヒーレント過程は、フェムト秒オーダーの極めて短い時間で生じます。我々は、フェムト秒レーザーシステムを駆使して、ナノ構造半導体を含む多様な物質系を対象に、格子振動(結晶を構成する原子の集団振動: フォノン)のコヒーレンス(コヒーレントフォノン)や励起子の量子ビート(量子干渉)という現象を探求しています。手法として,例えば,先端的手法であるテラヘルツ分光 (周波数 1.0 THz = 10^12 Hz 波長 3 mmnに相当)などを用いています。

* ナノ構造をつくる
光物性の研究を行うためには、研究対象である物質が重要であり、我々は出来る限り研究室で物質をつくるという努力を行っています。例えば、真空蒸着法,スパッタリング法とパルスド・レーザー・アプレーション(PLD)法を用いて「ナノ薄膜」および「マイクロキャビティ」の作製などを行っています。それらの構造をX線構造解析,原子間力顕微鏡および触針法で多角的に評価し,常に作製試料クオリティ向上を行い,より高度な光物性研究につなげています。

* 薄膜結晶の励起子光物性
励起子とは、上にも述べましたが、電子と正孔がクーロン力によって結合した状態のことであり、光物性と光機能性の根幹とも言えるもので、様々な物質において、長年にわたって研究がなされてきました。銅ハライド結晶、アルカリハライド結晶、ZnO結晶では、励起子の安定性(結合エネルギー)が一般的な半導体と比較すると極めて大きいものであり、それに着目して、薄膜結晶の励起子光物性の研究を展開しています。その研究は、励起子誘導放出(レーザー発振の起源)やシンチレーション機能(放射線の光への変換)といった現象に結びついています。

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