筑波大，超短パルスレーザーによる超高速共鳴相互作用を予見

筑波大学は，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おけるプラズモンと縦光学フォノンの共鳴効果がもたらす特異な量子ダイナミックスと当該系におけるラビ振動の効果を理論的に予見することに成功した（ニュースリリース）。

コヒーレントフォノンとは，パルス照射によって駆動される位相の揃った格子振動であり，超高速過程の代表的な現象の一つ。コヒーレントフォノンが生成する直前の100フェムト秒程度の時間領域における超高速量子ダイナミクスは，依然として未開拓な課題だが，近年，内在する量子力学効果の解明が進みつつある。

研究では，超短光パルスによって高密度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モデルを構築した。

これに基づき，プラズモンとフォノンの両モードがエネルギー的に共鳴して強い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することを見出した。さらに，その振幅と位相が，パルス電場の強さに対応するラビ周波数に同期して周期的に振動することを明らかにした。

当該の時間領域におけるコヒーレントフォノン生成の前駆過程は，照射レーザー間の光学的干渉によって遮蔽されるため，依然として未開拓な領域だったが，今回の理論研究によって豊饒な物理が内在することが立証され，今後の光誘起超高速ダイナミックスの研究の進展に寄与することが期待されるという。

例えば，GaAsにおける電子と縦光学フォノンの相互作用は，今回の研究におけるSiに比べてはるかに大きいため、プラズモンとフォノンの共鳴相互作用の効果が時間シグナルにより顕著に表れると考えられるという。さらに，これまで蓄積されてきた観測値との詳細な比較により，埋もれていた物理的知見の発掘が可能になるとしている。