| Project/Area Number |
23H00090
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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 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
木村 真一 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10252800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 浩 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (50625316)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥49,660,000 (Direct Cost: ¥38,200,000、Indirect Cost: ¥11,460,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥45,370,000 (Direct Cost: ¥34,900,000、Indirect Cost: ¥10,470,000)
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| Keywords | 時間分解電子散乱 / 時間分解非弾性電子散乱 / スピン偏極電子散乱 / 強相関電子系 / スピン偏極電子エネルギー損失分光 / スピン偏極電子源 / スピン偏極散乱 / スピントロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
強相関電子系などの光励起後に現れる準安定状態では、格子変形と電子状態変化、さらには磁性が複雑に関係しており、光励起から緩和に至る時間に対して、格子変形・電子状態変化・磁気構造変化のすべてを「同時」に計測し、これらの時間構造に現れるわずかな違いを明確にすることが、物性の起源を理解し応用する上で必要である。そこで本研究では、格子変形・電子状態変化・磁気構造変化を、元素選択的に「同時」に計測する新しい手法である、「時間・スピン分解共鳴電子散乱法」を確立する。この方法論を用いて、 格子・電子・磁性が密接に絡んだ強相関系などの物質の、光励起後に発生する準安定状態の物理に迫る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子系などの光励起後に現れる準安定状態での格子変形と電子状態変化を同時に観測する手法として、「時間・スピン分解共鳴電子散乱法」を確立し、格子・電子・磁性が密接に絡んだ強相関系などの物質の、光励起後に発生する準安定状態の物理に迫るのが本研究の目的である。研究初年度である今年度は、観測装置の構築を実施した。具体的には、準安定状態を作り出すパルスレーザーの導入と遅延光学系の設計とテスト、スピン偏極光陰極電子源を用いた電子散乱プローブの立ち上げを並行して行い、最終的に、パルスレーザーからの光を電子源へ導入する光学系を設置した。
パルスレーザーはYb/KGW結晶を用いたエネルギー1.2eVのものであり、光陰極電子源に用いるGaAsのエネルギーギャップ（1.5eV）には足りないため、光パラメトリック増幅器により1.5eVを作り出す方法を導入した。電子散乱プローブは、GaAs/GaAsP超格子光陰極電子源と角度分解光電子分光用の電子分析器を組み合わせた。電子源からの電子を試料に導くための電子レンズのパラメータ調整に機械学習を導入し、自動で電子レンズパラメータの調整を行うプログラムを開発した。また、試料上の微小領域に入射電子を照射して空間マッピングを行うことが可能になるように、顕微電子光学系（アインツェルレンズとディフレクタ）を新たに開発し、電子散乱プローブに設置した。以上で、本研究の観測装置の構築は完了した。
並行して、独立に時間分解電子回折装置を立ち上げ、光励起による格子変調が本研究で用いる1keVの低速電子線で観測する評価を進めた。
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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
初年度の目標であった観測装置の構築は完了した。また、顕微電子光学系の開発も行い、さらには、時間分解電子回折装置を立ち上げ、光励起による格子変調の観測を行った。以上のことから、本研究は順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で評価する「時間・スピン分解共鳴電子散乱法」を行う舞台は整った。今後はまず、CWレーザーを用いた角度分解電子非弾性散乱と電子線回折の同時測定を実施し、格子定数と電子状態を同時に決定する電子散乱プローブの測定条件を調査する。その際、格子定数に対応する弾性散乱ピークと電子状態に対応する非弾性散乱ピークの強度比が100倍程度異なるため、観測時にMCPに加える電圧を自動で調整するプログラムを開発する必要性が考えられる。その他も含め、実際に観測しながら測定条件の調査を進める。
その後、パルスレーザー光を試料に照射した際の格子変調を、光ポンプ・電子線プローブで観測する。試料としては、シリコンや遷移金属ダイカルコゲナイドなどの格子変調が現れる物質を想定している。格子変調が観測された後、非弾性電子散乱により、電子状態変化が観測できるかどうか調査する。
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