東京大学の岡本博教授らの研究グループは１１日、１次元モット絶縁体である「シクロヘキサンジアミン」において、３次の非線形光学効果を利用して位相が可変なテラヘルツパルスを高効率に発生させることに成功したと発表した。今後、新しい励起光源として利用される可能性もある。

テラヘルツパルスは、周波数が約１テラヘルツで周期が約１ピコ秒であり、ほぼ１周期だけ震動する電磁波を指す。これは、反転対称性がない透明な結晶にパルス光を照射したときに生じる２次の非線形光学効果を利用して発生させる。だが、この方法では発生するパルスの位相や周波数を制御することが難しいという課題があった。

研究グループは２色のフェムト秒パルスで奇と遇の対称性をもつ２つの電子と正孔が引力で束縛された「励起子」を生成すると、これらの間にエネルギー同士が波を上下させる「量子干渉」が起こり、強いテラヘルツパルスが発生することを見出した。この方法で２色の周波数を選択し、試料に入射する時刻の差をアト秒の精度で調整することにより、位相、周波数、振幅を制御できると実証した。

さらに、１次元モット絶縁体の励起子の位相緩和時間を評価して、その値が通常の無機半導体と比較して短いことを明らかにしている。

研究グループは「制御可能なテラヘルツパルスは今後、個体の電子状態や物性を高速に制御するための新しい励起抗原として利用される可能性がある」とコメントした。