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光第二次高調波発生の磁場制御に成功

April, 19, 2021, 和光--理化学研究所(理研)研究グループは、光の入射方向を反転することで、「光第二次高調波発生」のオン/オフが切り替わる光ダイオード効果を発見した。

研究成果は、磁場制御可能な光スイッチや波長変換素子、光整流素子などの開発に貢献すると期待できる。

近年、「マルチフェロイック」と呼ばれる特殊な電気磁気特性を示す物質が光ダイオード特性を示すとして注目されているが、非線形光学における光ダイオード特性の研究はほとんど行われてこなかった。

今回、研究チームは、メタホウ酸銅(CuB2O4)というマルチフェロイックの結晶に、波長1764ナノメートル(nm)のレーザ光を入射し、2倍の周波数(半分の波長)である近赤外光882nmの第二次高調波発生を測定した。その結果、結晶のある方向に光を入射したときは、強い第二次高調波が発生するのに対して、逆方向に光が入射したときには、第二次高調波の発生強度が97%以上減少し、ほぼ消失することを発見した。さらに、この方向はわずか0.01テスラの磁場によって反転可能であり、第二次高調波の発生強度が30倍以上も変化する巨大磁気応答を示すことも分かった。

研究成果は、オンライン科学雑誌『Science Advances』(4月16日付:日本時間4月17日)に掲載された。

研究グループ
理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター創発光物性研究チームの豊田新悟基礎科学特別研究員、マンフレッド・フィービッヒ客員主管研究員、小川直毅チームリーダー、強相関量子構造研究チームの有馬孝尚チームリーダー、強相関物性研究グループの十倉好紀グループディレクター

(詳細は、https://www.riken.jp)