Exciton dynamics in monolayer materials revealed by direct observation of dark exciton states
Project/Area Number |
22K20354
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Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
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Research Institution | Yokohama National University |
Principal Investigator |
草場 哲 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (00961640)
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Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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Keywords | 原子層物質 / 相変化材料 / 暗準位 / キャリアダイナミクス / フォノンダイナミクス / 和周波分光 / ポンププローブ分光 / テラヘルツ分光 / 光物性 / 非線形光学 / 超高速現象 / 励起子 |
Outline of Research at the Start |
光学禁制な暗量子状態はそれ自体が直接吸収・発光しない一方、光学許容な明量子状態に緩和パスを与え、光学応答に大きな影響を与える。暗量子状態のダイナミクスを理解することは物質の光励起から緩和に至るまでの一連の過程の包括的理解へとつながる。 本研究では、その特長的な物性、積層による物性制御やデバイス化の可能性から注目される原子層物質を対象として、明励起子に加えて暗励起子の直接観測を行う。これにより励起子ダイナミクスを包括的に解明し、バレー自由度を含む励起子の量子状態制御の基盤を構築する。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、その特長的な物性、積層による物性制御やデバイス化の可能性から注目される原子層物質(層状物質)を対象として、和周波分光や過渡吸収分光による明暗両量子状態の観測を行うことにより、その励起子やキャリアダイナミクスを包括的に解明を行うことを目的としている。
本年度は研究設備として非線形ファイバーを購入し、既存のTi:Sapphireオシレーターと組み合わせて、和周波分光に用いるための可視~近赤外域の白色光発生を行った。さらにβ-BaB2O4結晶を用いた基本波との和周波発生によりチャープの評価を行った。 また、原子層物質(層状物質)の1つであり、次世代の相変化メモリ材料として期待されるCr2Ge2Te6に対してポンプ-プローブ分光を行った。アモルファス相においては、相変化閾値より十分に弱い弱励起下では短寿命な過渡吸収変化のみが見られるのに対し、強励起下ではこれに加えて結晶相で見られる長寿妙な過渡吸収変化が現れることを明らかにした。これはアモルファスから結晶相への相変化に関連したキャリアダイナミクスを反映しているものと考えられる。 さらに、代表的な原子層物質(層状物質)の1つであるWSe2に対して高強度かつ広帯域なテラヘルツ光を用いたテラヘルツポンプ-近赤外偏光回転プローブ分光を行った。キャリア応答由来と考えられる指数関数的な応答に加えて、コヒーレントフォノン信号が観測され、ラマン活性フォノンモードの和周波励起に成功した。
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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
当初予定していた通り、Ti:Sapphireオシレーターと非線形ファイバーを用いた白色光発生光学系の構築を終えて、暗励起子準位の広帯域和周波分光を行うための準備を行うことができた。また、原子層物質(層状物質)の1種であるCr2Ge2Te6に対してポンプ-プローブ分光を行い、相変化に関連したキャリアダイナミクスを解明することができた。さらに、励起子から視野を広げて、原子層物質のフォノンモードに対しても和周波励起による暗準位研究の可能性を示すことができた。以上の成果について学会発表も順調に行えている。以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断する。
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Strategy for Future Research Activity |
構築した白色光発生光学系に加えてチャープ補償光学系を構築し、これらを用いた広帯域和周波分光により原子層物質における暗励起子準位の観測を行う。ポンプ-プローブ測定またはダブルパルス励起による時間分解観測を目指す。また得られた成果について論文執筆も進めていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)