| Project/Area Number |
22K14597
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
茂木 裕幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30845631)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 走査トンネル顕微鏡 / スピン・バレー偏極励起子 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 時間分解原子間力顕微鏡 / スピン-バレー偏極励起子 / 時間分解STM / スピン・バレー偏極 / 超高速ダイナミクス / マルチプローブ |
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| Outline of Research at the Start |
原子層半導体中のスピン-バレー偏極(SVP)を新たなデバイス自由度とした、スピン・バレートロニクスが注目される。偏極率や寿命などの重要特性にナノ構造が大きく影響すると考えられているが、従来の計測法ではnmスケールの空間分解はできなかった。本研究では、STM探針下で生じる円偏光電流を応用し、SVP励起子の偏極度とそのダイナミクスをnmスケールで空間分解計測する手法を開発する。欠陥やモアレ構造等のナノ構造へこの手法を適用し、STMにより測定できる局所電子状態と共に解析することで、微細かつ高次のSVPデバイス設計へ向け必要不可欠な手法の基礎が確立される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光励起走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、2次元シート状半導体である遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)にアクセスることで、円偏光電流からスピン-バレー偏極励起子状態をナノスケール検出するものである。
当該年度は実際に絶縁基板上に配置した単原子層TMDに対して光励起STMを用いて実験を行った。転写処理の際に一部原子層が破れて絶縁基板が露出している部分に対して、走査しているSTM探針が到達した場合、トンネル電流が確保できなくなり探針が試料へ衝突してしまう問題が生じた。そこで、光励起多探針プローブ顕微鏡装置にチューニングフォーク型の原子間力顕微鏡(AFM)を取り付ける改造を行うことで、基板の導電性を問わずに実験が可能となった。また、探針にはトンネル電流取得用の配線を施すことで研究目的である円偏光電流も取得可能な構成になっている。
また、計画上は予想していなかったことだが、構築したAFMプローブ先端に遅延時間変調を施した光パルス列を照射することにより、探針-試料間に働く力信号から時間分解信号を得ることに成功し、Applied physics express誌へ掲載に至った。先行研究は、光強度変調法を用いているため探針熱膨張の影響が避けられないが、本成果は遅延時間変調法により探針熱膨張を最小化し、チューニングフォーク式AFMへ初めて適用することに成功したものである。今後の展開として、二次元材料だけでなく絶縁基板上の孤立した低次元材料や分子材料にも適用可能であり広範な応用が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまで研究を推進する中で、転写法により作製した絶縁基板上の単原子層半導体材料においてナノスケールの破れ箇所等のためにSTMによる安定した観察が難しいという課題が発生した。その対策のために、本年度では装置にチューニングフォーク型のAFM/STM探針を搭載し、そのセットアップを行うため計画を遅らせることとなった。結果として、単原子層材料上において安定したナノスケール像観察と電流検出を両立することが可能となり、スピン-バレー偏極電流を検出するためのツールとしても、非常に強力な手法となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、開発したチューニングフォーク型の光励起AFM/STM技術を用いることで、順次計画を推進し、ナノスケールでの光励起スピン-バレー偏極情報の取得を目指す。
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