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ピコ秒時間分解軟X線光電子分光装置の開発とそれを用いた表面ダイナミクスの研究

Research Project

Project/Area Number 10J06870
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小河 愛実  東京大学, 物性研究所, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords光電子分光 / 表面 / 光誘起起電力 / ダイナミクス / 時間分解 / 半導体 / 光誘起起電力効果 / フェムト秒レーザー / 放射光 / 光誘起ダイナミクス / 表面光起電力効果 / 2次元角度分解光電子分光
Research Abstract

本年度は、昨年度までに開発した時間分解光電子分光装置を用いて、半導体表面における光誘起ダイナミクスの研究を行った。半導体表面では、結合が切れて表面状態が形成されている。その表面キャリアを補償するために、バルクから表面に駆けてバンドが折れ曲がっている。表面に光が当たると、キャリアが励起され、その光誘起キャリアは半導体内部のポテンシャルに従って分布する。n-typeの場合、ホールが表面側にたまり、電子はバルク側に蓄積され、キャリアの空間分布が出来る。この新しいキャリア分布が表面団かを補償し、バンドの折れ曲がりは必要なくなり、バンドはフラットになる。このバンドの平坦化を表面光起電力効果と呼び、本研究ではこの緩和過程を詳細に観測した。
その結果速い緩和と遅い緩和の2種類の緩和過程を発見した。この2種類の緩和過程の物理的なメカニズムを解明するために、8種類の表面を用意し、半導体表面に関するパラメータを変化させながら系統的にこの2つの緩和過程の変化を調べた。その結果、速い方はキャリアが表面ポテンシャルをトンネル効果で通過する過程、遅い方は熱励起過程であると同定した。この2種類の過程に着目して緩和過程を詳細に調べたのは初めてだ。また、トンネル効果を用いて、表面光起電力のダイナミクスを解析したのも初めての試みである。
また、緩和過程の励起パワー依存性を系統的に調べ、励起パワーを上げて行くと、振動現象を発見した。
当研究ではこの現象を非線形微分方程式を用いて解析し、線形応答だけを考えていては、振動現象を説明できないことを示した。詳細な現象の解明には、更なる研究が必要である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

開発した装置は、トラブルなく動き、これまで発見できなかった新奇な現象を発見することが出来た。

Strategy for Future Research Activity

発見された新奇な振動現象の理論的な記述を強化する。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2013 2012 2011 2010

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Electronic structure of the hydrogen-adsorbed SrTiO_3(001) surface studied by polarization-dependent photoemission spectroscopy2013

    • Author(s)
      R Yukawa^1, S Yamamoto^1, K, Ozawa^2, M. D'Angelo^3, M. Ogawa^1, M. G. Silly^4, F. Sirotti^4, and I. Matsuda^1
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 87 Issue: 11 Pages: 115314115319-115314115319

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.115314

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structure study of ultrathin Ag(111) films modified by a Si(111) substrate and √<3>×√<3>-Ag2Bi surface2012

    • Author(s)
      M.Ogawa, P.M.Sheverdyaeva, P.Moras, D.Topwal, A.Harasawa, K.Kobayashi, C.Carbone, I.Matsuda
    • Journal Title

      Journal of Physics : Condensed Matter

      Volume: 24 Issue: 11 Pages: 115501-115501

    • DOI

      10.1088/0953-8984/24/11/115501

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of soft x-ray time-resolved photoemission spectroscopy system with a two-dimensional angle-resolved time-of-flight analyzer at SPring-8 BL07LSU2012

    • Author(s)
      M.Ogawa S.Yamamoto, Y.Kousa, F.Nakamura, R.Yukawa, A.Fukushima, A.Harasawa, H.Kondoh, Y.Tanaka, A.Kakizaki, I.Matsuda
    • Journal Title

      Review of Scientific Instrument

      Volume: 83 Issue: 2 Pages: 23109-23109

    • DOI

      10.1063/1.3687428

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Spectroscopy Evidence of Spin-Dependent Hybridization between Rashba-Split Surface States and Quantum-Well States2010

    • Author(s)
      Ke He, Yasuo Takeichi, Manami Ogawa, Taichi Okuda, P.Moras, D.Topwal, Ayumi Harasawa, Torn Hirahara, C.Carbone, Akito Kakizaki, Iwao Matsuda
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 104 Pages: 156805-156809

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large out-of-plane spin polarization in a spin-splitting one-dimensional metallic surface state on Si(557)-Au2010

    • Author(s)
      Taichi Okuda, Koji Miyamaoto, Yasuo Takeichi, Hirokazu Miyahara, Manami Ogawa, Ayumi Harasawa, Akio kimura, Iwao Matsuda, Akito Kakizaki, Tatsuya Shishidou, Tamio Oguchi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 82 Pages: 161410-161414

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] High-Density Carrier Dynamics at a Semiconductor Surface Studied byTime-Resolved Photoemission Spectroscopy2012

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      ICESS2012
    • Place of Presentation
      サン・マロ フランス
    • Year and Date
      2012-09-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解光電子分光によるSi(111)表面の表面光起電力効果の研究2012

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      兵庫
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光とレーザーの同期による時間分解光電子分光装置の開発と半導体表面光起電力効果の研究2012

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      第25回日本放射光学会
    • Place of Presentation
      佐賀
    • Year and Date
      2012-01-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光・レーザー光による高速時間分解光電子分光装置の開発と半導体の光起電力効果の研究2011

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      第31回表面科学会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-12-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of time- and angle-resolved photoemission spectroscopy system2011

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      ISSS-6
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-12-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Soft X-ray photoemission band mapping with time-of-flight photoelectron analyzer system2011

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      ACSIN11 (11^<th> International conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures)
    • Place of Presentation
      ロシア、サンクトペテルブルク
    • Year and Date
      2011-10-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーポンプー放射光ブローブによる軟X線時間分解角度分解光電子分光装置の開発2011

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-03-25
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解軟X線光電子分光装置の開発とレーザー励起による半導体表面ダイナミクスの研究2011

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      第24回日本放射光学会
    • Place of Presentation
      エキスポつくば
    • Year and Date
      2011-01-10
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Deveiopment of Laser-Synchrotron Radiation combined timeresolved photoemission spectroscopy system and researches of dynamics of semiconductor surface2010

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      SSSJ-A3 Foresight joint symposidm on Nanomaterials and Nanostructures
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Modification of electronic structure in thin Ag quantum films induced by surface umklapp scattering of Bi/Ag surface allo2010

    • Author(s)
      小河愛実
    • Organizer
      18th international vacuum congress
    • Place of Presentation
      中国北京
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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