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超短パルス軟X線分光法によるディラックフェルミオンの超高速ダイナミクスの研究

Research Project

Project/Area Number 15J11895
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

染谷 隆史  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsグラフェン / キャリアダイナミクス / 超高速分光 / 時間分解光電子分光法 / 電荷移動ダイナミクス / 超高速現象 / ディラック電子系
Outline of Annual Research Achievements

グラフェンはわずか炭素原子一層からなる究極のナノ材料であり、優れた電子・光特性を有することから、次世代の光電子デバイス材料として有望視されている。我々はこれまでデバイス動作の基礎となるグラフェンの光応答の研究を行い、フェムト秒(千兆分の一秒)という極めて短い時間スケールでの超高速キャリアダイナミクスを明らかにした。本年度はその延長として、グラフェンと半導体の接合系での電荷移動ダイナミクスの追跡を行い、フェムト秒からマイクロ秒(百万分の一秒)に渡る包括的なキャリアダイナミクス研究を試みた。
SiC(シリコンカーバイド)熱分解法はSiCの加熱というシンプルなプロセスで大面積・高品質なグラフェンシートを作成できることから、工業利用に適した手法である。グラフェンの成長基板となるSiCの最表面には、Siで終端されたSi面とCで終端されたC面の二種類が存在し、それぞれで異なった界面状態を持つグラフェンが得られることが知られている。
そこで我々はSi終端面上グラフェン(Si面グラフェン)とC終端面上グラフェン(C面グラフェン)のキャリアダイナミクスを調べ、その時間構造および界面状態がダイナミクスに及ぼす影響を時間分解光電子分光法により調べた。その結果、グラフェンとSiC基板は共通であるのに関わらず、Si面グラフェンとC面グラフェンでキャリアダイナミクスの緩和時間が大きく異なり、界面状態での緩和が示唆される結果が得られた。Si面およびC面グラフェンにおける界面状態密度とグラフェンの状態密度を見積もったところ、Si面グラフェンでは界面状態でのキャリア再結合、C面グラフェンではグラフェン内でのキャリア再結合が緩和時間を決めていることを明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Resonant magneto-optical Kerr effect measurement system with polarization analysis using a high harmonic generation laser2018

    • Author(s)
      Yamamoto Sh.、Oumbarek D.、Fujisawa M.、Someya T.、Takahashi Y.、Yamamoto T.、Ishii N.、Yaji K.、Yamamoto S.、Kanai T.、Okazaki K.、Kotsugi M.、Itatani J.、Shin S.、Matsuda I.
    • Journal Title

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      Volume: 222 Pages: 68-73

    • DOI

      10.1016/j.elspec.2017.09.001

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Antiphase Fermi-surface modulations accompanying displacement excitation in a parent compound of iron-based superconductors2018

    • Author(s)
      Okazaki Kozo、Suzuki Hakuto、Suzuki Takeshi、Yamamoto Takashi、Someya Takashi、Ogawa Yu、Okada Masaru、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Nakajima Masamichi、Eisaki Hiroshi、Fujimori Atsushi、Shin Shik
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 97 Issue: 12 Pages: 121107-121107

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.121107

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppression of supercollision carrier cooling in high mobility graphene on SiC(0001)2017

    • Author(s)
      Takashi Someya, Hirokazu Fukidome, Hiroshi Watanabe, Takashi Yamamoto, Masaru Okada, Hakuto Suzuki, Yu Ogawa, Takushi Iimori, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, Keiichiro Tashima, Baojie Feng, Susumu Yamamoto, Jiro Itatani, Fumio Komori, Kozo Okazaki, Shik Shin, and Iwao Matsuda
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B

      Volume: 95 Issue: 16 Pages: 165303-165303

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.165303

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 3.Ultrafast Melting of Spin DensityWave Order in BaFe2As2 Observed by Time- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with Extreme-Ultraviolet Higher Harmonic Generation2017

    • Author(s)
      H. Suzuki, K. Okazaki, T. Yamamoto, T. Someya, M. Okada, K. Koshiishi, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, M. Nakajima, H. Eisaki, K. Ono, H. Kumigashira, J. Itatani, A. Fujimori and S. Shin
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 95 Issue: 16 Pages: 165112-165112

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.165112

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      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] L-edge resonant magneto-optical Kerr effect of a buried Fe nanofilm2017

    • Author(s)
      Kubota Y.、Taguchi M.、Akai H.、Yamamoto Sh.、Someya T.、Hirata Y.、Takubo K.、Araki M.、Fujisawa M.、Yamamoto K.、Yokoyama Y.、Yamamoto S.、Tsunoda M.、Wadati H.、Shin S.、Matsuda I.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Issue: 13 Pages: 134432-134432

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.134432

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Femtosecond to picosecond transient effects in WSe2 observed by pump-probe angle-resolved photoemission spectroscopy2017

    • Author(s)
      Liu Ro-Ya、Ogawa Yu、Chen Peng、Ozawa Kenichi、Suzuki Takeshi、Okada Masaru、Someya Takashi、Ishida Yukiaki、Okazaki Kozo、Shin Shik、Chiang Tai-Chang、Matsuda Iwao
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 15981-15981

    • DOI

      10.1038/s41598-017-16076-z

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Determination of the element-specific complex permittivity using a soft x-ray phase modulator2017

    • Author(s)
      Kubota Y.、Hirata Y.、Miyawaki J.、Yamamoto S.、Akai H.、Hobara R.、Yamamoto Sh.、Yamamoto K.、Someya T.、Takubo K.、Yokoyama Y.、Araki M.、Taguchi M.、Harada Y.、Wadati H.、Tsunoda M.、Kinjo R.、Kagamihata A.、Seike T.、Takeuchi M.、Tanaka T.、Shin S.、Matsuda I.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Issue: 21 Pages: 214417-214417

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.214417

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proving Nontrivial Topology of Pure Bismuth by Quantum Confinement2016

    • Author(s)
      S. Ito, B. Feng, M. Arita, A. Takayama, R.-Y. Liu, T. Someya, W.-C. Chen, T. Iimori, H. Namatame, M. Taniguchi, C.-M. Cheng, S.-J. Tang, F. Komori, K. Kobayashi, T.-C. Chiang, and I. Matsuda
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 117 Issue: 23 Pages: 236402-236402

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.236402

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Polarization dependence of resonant magneto-optical Kerr effect measured by two types of figure-8 undulators2016

    • Author(s)
      Y. Kubota, Sh. Yamamoto, T. Someya, Y. Hirata, K. Takubo, M. Araki, M. Fujisawa, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, M. Taguchi, S. Yamamoto, M. Tsunoda, H. Wadati, S. Shin, and I. Matsuda
    • Journal Title

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      Volume: 印刷中 Pages: 17-20

    • DOI

      10.1016/j.elspec.2016.11.008

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tracing Ultrafast Carrier Dynamics in Graphene with Femtosecond Time-resolved Photoemission Spectroscopy2015

    • Author(s)
      染谷隆史, 吹留博一, 石田行章, 吉田力矢, 山本達, 板谷治郎, 小森文夫, 辛埴, 松田巌
    • Journal Title

      Hyomen Kagaku

      Volume: 36 Issue: 8 Pages: 418-423

    • DOI

      10.1380/jsssj.36.418

    • NAID

      130005093812

    • ISSN
      0388-5321, 1881-4743
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 軟X線時間分解光電子分光法によるグラフェン/SiC界面の電荷移動ダイナミクスの研究2017

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、山本達、遠藤則史、松田巌
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Charge transfer dynamics at graphene/SiC interface studied by time-resolved soft X-ray photoemission spectroscopy2017

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、山本達、遠藤則史、松田巌
    • Organizer
      第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール(東京都文京区)
    • Year and Date
      2017-03-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 軟 X 線時間分解光電子分光法によるグラフェン/SiC界面の電荷移動ダイナミクスの研究2017

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、山本達、遠藤則史、松田巌
    • Organizer
      第30回日本放射光学会年会
    • Place of Presentation
      神戸芸術センター(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2017-01-07
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] グラフェン/SiC界面における電荷移動ダイナミクスの追跡2017

    • Author(s)
      染谷隆史,吹留博一,山本達,遠藤則史,鈴木剛, 道前翔矢,渡邊真莉,山本貴士,藤澤正美,金井輝人, 石井順久,飯盛拓嗣,小森文夫,板谷治郎,岡崎浩三, 辛埴,松田巌
    • Organizer
      第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Tracing charge transfer dynamics at graphene/SiC(0001) interface2017

    • Author(s)
      Takashi Someya, Hirokazu Fukidome, Susumu Yamamoto, Norifumi Endo, Takeshi Suzuki, Shoya Michimae, Mari Watanabe, Takashi Yamamoto, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Takushi Iimori, Fumio Komori, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Iwao Matsuda
    • Organizer
      第53回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Intrinsic carrier cooling in high mobility graphene on SiC(000-1)2017

    • Author(s)
      T. Someya, H. Fukidome, H. Watanabe, T. Yamamoto, M. Okada, H. Suzuki, Y. Ogawa, T. Iimori, N. Ishii, T. Kanai, K. Tashima, B. Feng, S. Yamamoto, J. Itatani, F. Komori, K. Okazaki, S. Shin, I. Matsuda
    • Organizer
      Ultrafast Surface Dynamics 10
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェンにおける二次元Dirac-Fermionの超高速キャリアダイナミクス2016

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、渡邊浩、岡田大、小川優、山本貴士、飯盛拓嗣、田島圭佑、山本達、小森文夫、 岡崎浩三、辛埴、松田巌
    • Organizer
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解光電子分光法によるグラフェン/SiC(000-1)の超高速キャリアダイナミクスの直接観測2016

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、渡邊浩、山本貴士、岡田大、鈴木博人、小川優、飯盛拓嗣、 石井順久、金井輝 人、田島圭佑、Baojie Feng、山本達、板谷治郎、小森文夫、岡崎浩三、辛埴、松田巌
    • Organizer
      第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道立道民活動センター かでる2・7(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-09-07
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] SiC(000-1)面成長グラフェンにおける超高速キャリアダイナミクス2016

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、渡邊浩、山本貴士、岡田大、鈴木博人、飯盛拓嗣、 石井順久、金井輝人、田島 圭佑、Baojie Feng、山本達、板谷治郎、小森文夫、岡崎浩三、辛埴、松田巌
    • Organizer
      日本物理学会 第 71回年次大会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市 東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒時間分解光電子分光法と三温度モデル解析によるSiC(000-1)面グラフェンのキャリアダイナミクスの研究2016

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、渡邊浩、山本貴士、岡田大、鈴木博人、飯盛拓嗣、 石井順久、金井輝人、田島 圭佑、Baojie Feng、山本達、板谷治郎、小森文夫、岡崎浩三、辛埴、松田巌
    • Organizer
      第 29 回日本放射光学会年会
    • Place of Presentation
      千葉県柏市 東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト
    • Year and Date
      2016-01-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒域時間分解光電子分光法と三温度モデル解析によるグラフェンの超高速キャリアダイナミクスの研究2015

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、渡邊浩、山本貴士、岡田大、鈴木博人、飯盛拓嗣、 石井順久、金井輝人、田島 圭佑、Baojie Feng、山本達、板谷治郎、小森文夫、岡崎浩三、辛埴、松田巌
    • Organizer
      第 26 回光物性研究会
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市 神戸大学
    • Year and Date
      2015-12-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒域時間分解光電子分光法と三温度モデル解析によるグラフェンのキャリアダイナミクスの研究2015

    • Author(s)
      染谷隆史、吹留博一、渡邊浩、山本貴士、岡田大、鈴木博人、飯盛拓嗣、 石井順久、金井輝人、田島 圭佑、Baojie Feng、山本達、板谷治郎、小森文夫、岡崎浩三、辛埴、松田巌
    • Organizer
      表面・界面スペクトロスコピー2015
    • Place of Presentation
      埼玉県嵐山町 国立女性教育会館
    • Year and Date
      2015-11-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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