| Project/Area Number |
19K22100
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
Takeda Jun 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60202165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嵐田 雄介 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30715181)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | グラフェン / コヒーレントフォノン / 走査トンネル顕微鏡 / フォノン / 伝播計測 / コヒーレント / ディラック電子 / フォノニック結晶 |
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| Outline of Research at the Start |
「より微細化した構造の中でいかに熱（フォノン）を制御し高速で電子を操作するか」は、次世代ナノデバイス・熱電変換デバイスの開発にとって避けては通れない命題である。本研究課題では、位相制御テラヘルツ走査トンネル顕微鏡（THz-STM）・広帯域コヒーレントフォノン分光の基盤技術に波形整形技術や光ポンプ光学系を組み込み、極微かつ超高速でフォノン・電子のコヒーレントな伝播特性を可視化する「ナノ空間熱・電子伝播計測技術」を開発する。グラフェンフォノニック結晶（G-PnC）を試料とし、フォノンの波動的伝播をGHz帯から10 THzに及ぶ広帯域で制御し、付随するディラック電子の輸送特性をナノスケールで操作する技術を開拓する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Observation of electron and phonon dynamics in ultra-high spatiotemporal resolutions is highly desired to develop next generation nanophotonics and thermoelectric devices. In this study, we have built up broadband coherent spectroscopy and terahertz-field-driven scanning tunneling microscopy. By utilizing two spectroscopic techniques, we could unveil high-frequency phonon dynamics in multi-layer graphene, ultrafast optical modulation of gated single-layer graphene, and electronic states of a graphene phononic crystal.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
次世代のナノフォトニクス・熱電変換デバイスとして期待されるグラフェンの高周波フォノンの伝播ダイナミクスや電子・フォノン相互作用、また周期的孔構造をもつグラフェンフォノニック結晶の電子状態はこれまで明らかではなかった。本研究で開発した広帯域（顕微）コヒーレントフォノン分光とテラヘルツ電場駆動走査トンネル顕微鏡を駆使することにより、これまで未知であったグラフェンのフォノンダイナミクスやバイアス印可時の超高速光学応答、新規のナノグラフェン物質の電子状態を明らかにすることができた。これらの基礎特性は、今後、グラフェン関連物質の応用研究に極めて重要である。
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