高強度テラヘルツパルスによるアンテナギャップの構造変化


by 山本 敏禎 (光物性研究室M2)
 物質の電磁波に対する応答は周波数帯によって異なるため、周波数帯に応じた特有な物質制御を行うことができる。
 マイクロ波はその振動数から物体の加熱に利用され、フェムト秒パルスレーザー(可視光領域)はそのパルス幅から金属微細加工に利用される。テラヘルツ領域の電磁波は物質の分光測定に用いられているが、現段階では物質の制御には用いられていない。近年、非線形光学結晶から高強度なテラヘルツパルスを発生させることができるようになり、数百kV/cm程度の電場を数ピコ秒の間に印加できるようになった。このような高速高電場を長時間印加することによって金属アンテナアレイの構造が変化することや,ボウタイアンテナのギャップ部分に滴下された銀インクを焼結させることが報告された。
 原子の移動はアンテナのギャップ部分などの電場が集中する点で起こっており,金属のもつ電子に高速高電場が作用することによって原子の移動が生じていると考えられている。また、Takanoらは高強度なテラヘルツパルスによる銀インクが焼結する際に、2e2/hを単位とした電気伝導度の離散的変化を観測した。このように電気伝導度が量子化されることはLandauerの公式によって理論的に示されている。電気伝導度の量子化は実験でも観測されており、GaAs-AlGaAsヘテロ構造を用いた2次元電子ガス系で見事に実現された。Landauerによると、常温金属における電気伝導度の量子化は,原子数個分で形成される点接触でのみ観測される。高強度テラヘルツパルスをボウタイアンテナのギャップ部分に滴下された銀ナノインクへと照射した場合にも、電気伝導度が2e2/hで量子化されている様子から原子スケールの構造が形成されていると考えられる。
 本研究では、銀ナノインクが接合するのと同様に、ナノサイズのギャップでも接合が起きると考えた。そこで、ナノサイズのギャップを持つアンテナを実際に作製し、高強度テラヘルツパルスを照射する実験を行ったので、これについて報告する。