レーザー光電子分光による半導体界面光励起電子ダイナミクスの直接観測と学理の探求
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21H04673
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
五神 真 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (70161809)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥43,680,000 (Direct Cost: ¥33,600,000、Indirect Cost: ¥10,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2021: ¥28,990,000 (Direct Cost: ¥22,300,000、Indirect Cost: ¥6,690,000)
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| Keywords | 光物性 |
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| Outline of Research at the Start |
界面において生じる光と物質の相互作用は光による物質制御の基礎となる本質的な課題である。本研究では、我々が整備した光励起状態観測に最適化された光電子分光装置を活用して界面敏感な光電子分光測定を行う。更にストリークカメラを用いた時間分解発光計測など従来の分光手法との同時測定を組み合わせることで、固体の光励起電子状態探索の新手法の確立と界面での光励起電子ダイナミクスの新たな学理解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
A.層状半導体を対象とした高密度励起状態の光電子分光測定: 層状半導体であるGaSeを対象とした光励起状態の光電子分光を進めた。GaSeの光励起状態においては励起子が形成され、かつ高強度に光励起した場合には励起子状態から電子正孔プラズマ状態に遷移するモット転移が生じると分光測定から報告されている。しかし励起子から電子正孔プラズマ状態に遷移する際に生じる励起電子の変化を光電子分光等の手法を用いて直接的に見た実験報告は未だない。本年度我々は、再生増幅器を光源としたポンプ・プローブ光電子分光測定(ポンプ光3.2 eV プローブ光6.4 eV)によって、GaSeの光励起状態の光電子信号取得に成功した。また、光電子分光による光励起状態観測の際に障壁となり得る空間電荷効果の大きさについて評価し、本測定では大きな問題にはならないことを確認した。さらに、光励起したGaSeからの発光についてストリークカメラを用いた時間分解分光を並行して行い、寿命などの基礎的なパラメータを取得した。
B.3次元半導体を対象とした測定: 3次元半導体の典型物質である亜酸化銅を対象としたポンプ・プローブ光電子分光測定を目標としている。本年度は、光電子分光測定に適切な励起強度について検討するため、亜酸化銅における高密度電子正孔系の状態観測を発光観測により進めた。
C.光触媒物質を対象とした測定:代表的な光触媒物質であるTiO2やSrTiO3等を対象として研究を進める。本年度は、半導体や絶縁体を光電子分光測定する際に障壁となる、チャージアップについてその対策を検討した。
D.光源開発: 我々が開発している誘電体ナノメンブレンを用いた真空紫外領域における円偏光3倍波発生法は多様な励起光源に適用でき、特に光電子分光用の光源として期待される。本年度は光電子分光への活用を目指し、導入のための光学系などの構築・設計を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
項目Aとしては目標としていた、再生増幅を光源として用いてのGaSeの光励起状態の光電子信号を取得できた。さらに、ポンプ・プローブ光電子分光信号の中で、ディレイ依存性や温度依存性が、時間分解発光測定で得られる励起子信号の寿命、温度依存性と一致するものを探索することを念頭に、時間分解発光測定について進めることができた。
項目BとCについては、対象とする物質の光電子分光測定に必要な条件出しを進めることができた。
項目Dついては、誘電体ナノメンブレンを用いた真空紫外領域における円偏光3倍波発生法を光電子分光用の光源として実際に用いるために必要な条件を明らかにし、光電子分光装置への光導入の道筋を立てた。
以上の点を総合して、当初の計画どおり進められているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
項目Aについては、引き続いて層状半導体であるGaSeを対象とした光励起状態の光電子分光を進めると同時に、ここまで得られた光電子信号の解析を、時間分解発光測定で得られた情報と合わせて進めていく。その際に、電子正孔系特有の信号や、モット転移由来の現象が観測されているか否かを注意深く議論していく。
項目BとCについては、これまで進めてきた試料準備を元に、光電子分光測定を試み、得られた結果についての解析を行う。
項目Dについては、光電子分光装置に本手法を用いた光源を導入し光電子分光測定を試みる。その際、本光源特有の円偏光光電子分光測定の強みを活かせるような現象を見出し、測定を行う。
以上を今後の研究の推進方策とする。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
