• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

テラヘルツ近接場による超高速ナノ空間電子マニュピュレーション

Publicly Offered Research

Project AreaScience of hybrid quantum systems
Project/Area Number 18H04288
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

武田 淳  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60202165)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Keywordsテラヘルツ / 近接場 / 電子操作 / 走査トンネル顕微鏡 / サブサイクル / コヒーレント制御
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、超高真空中で動作するナノスケールかつサブサイクルの時間分解能を持つテラヘルツ走査型トンネル分光(THz-STM)技術を開発する。単一トンネル接合において、所望のTHz近接場を創り出しその場で観測する処方箋を構築し、トンネル電子を自在に量子操作する近接場分光技術を確立することを目指す。
初年度に開発した超高真空THz-STMは、光の回折限界を打破し、ナノ~原子スケールで電子を高速操作することを可能にした。一方、中赤外(MIR)パルスとSTMを融合させることができれば、時間分解能を大幅に改善することができ、かつ中赤外領域特有の分子内振動や格子振動・電荷移動などの諸現象を原子レベルでその場観察し操作することが可能となる。そこで、MIR-STMの開発に着手した。optical parametric chirp pulse amplifier(OPCPA)から出力されたパルス幅8.2 fs、繰り返し4 MHz、平均出力4.3 W、中心波長 850 nmの近赤外パルスとGaSe結晶におけるタイプI位相整合による光整流を用いることで、中心周波数27.5 THz、パルス幅31 fs、電場尖頭値190 kV/cmの中赤外パルス発生をCEP揺らぎ56 mrad(5.6時間)の安定性を達成することができ、MIR-STM開発の素地を作ることができた。
更に、電子操作だけではなく、電子よりもはるかに重いイオンをTHzパルスにより動かすことに挑戦した。二次電池材料として使われるなどイオンが動きやすいことで知られる超イオン伝導体を研究対象として、THzパルスによりイオンの流れを電流として計測することに成功した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 9 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] MIT/CalTech/Rice University(米国)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Macroscopic Ionic Flow in a Superionic Conductor Na+ β-Alumina Driven by Single-Cycle Terahertz Pulse2020

    • Author(s)
      Y. Minami, B. Ofori-Okai, P. Sivarajah, I. Katayama, J. Takeda, K. A. Nelson, and T. Suemoto
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 124 Issue: 14 Pages: 147401-147401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.147401

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Subcycle mid-infrared coherent transients at 4??MHz repetition rate applicable to light-wave-driven scanning tunneling microscopy2019

    • Author(s)
      Yoshioka Katsumasa、Igarashi Ippo、Yoshida Shoji、Arashida Yusuke、Katayama Ikufumi、Takeda Jun、Shigekawa Hidemi
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 44 Issue: 21 Pages: 5350-5350

    • DOI

      10.1364/ol.44.005350

    • NAID

      120006773346

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terahertz Faraday and Kerr Rotation Spectroscopy of Bi1-xSbx Films in High Magnetic Fields up to 30 Tesla2019

    • Author(s)
      X. Li, K. Yoshioka, M. Xie, T. Hagiwara, G. T. Noe II, W. Lee, N. Marquez Peraca, W. Gao, T. Hagiwara, H. S. Orjan, L-W. Nien, T. Nagao, M. Kitajima, H. Nojiri, X. Li, C-K. Shih, A. H. MacDonald, I. Katayama, J. Takeda, G. A. Fiete, and J. Kono
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 100 Issue: 11 Pages: 115145-115145

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.115145

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Tailoring Single-Cycle Near-Field in a Tunnel Junction with Carrier-Envelope Phase-Controlled Terahertz Electric Fields2018

    • Author(s)
      K. Yoshioka, I. Katayama, Y. Arashida, A. Ban, Y. Kawada, H. Takahashi, and J. Takeda
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 18 Issue: 8 Pages: 5198-5204

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.8b02161

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Terahertz-Field-Induced Carrier Generation in Bi1-xSbx Dirac Electron Systems2018

    • Author(s)
      I. Katayama, H. Kawakami, T. Hagiwara, Y. Arashida, Y. Minami, L.-W. Nien, O. S. Handegard, T. Nagao, M. Kitajima, and J. Takeda
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 98 Issue: 21 Pages: 214302-214302

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.214302

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ultrafast Optical Control of Multiple Coherent Phonons in Silicon Carbide Using a Pulse Shaping Technique2018

    • Author(s)
      Y. Arashida , K. Murakami, I. Katayama, and J. Takeda
    • Journal Title

      Appl. Phys. Exp.

      Volume: 11 Issue: 12 Pages: 122701-122701

    • DOI

      10.7567/apex.11.122701

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] テラヘルツ電場誘起トンネリングによる金属探針におけるプラズモン発光2020

    • Author(s)
      森永悠太、木村謙介、堀川聖、吉岡克将、浅川寛太、嵐田雄介、片山郁文、今田 裕、金 有洙、武田 淳
    • Organizer
      2020年第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面電子系の高強度THz現象解明へ向けた超高真空THz-STMの開発2020

    • Author(s)
      小玉暢之、嵐田雄介、浅川寛太、金島圭佑、片山郁文、武田 淳
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrafast Electron Manipulation Using THz Scanning Tunneling Microscopy With Tailor-Made Near Fields2019

    • Author(s)
      J. Takeda, K. Yoshioka, Y. Arashida, and I. Katayama
    • Organizer
      International Photonics and OptoElectronics Meetings (POEM 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultrafast Electron Manipulation on the Nanoscale with Phase-Controlled Near Fields2019

    • Author(s)
      J. Takeda, K. Yoshioka, K. Asakawa, Y. Arashida, and I. Katayama
    • Organizer
      International Symposium on Hybride Quantum System 2019 (HQS2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Low-Temperature THz-Driven Scanning Tunneling Microscope2019

    • Author(s)
      K. Asakawa, K. Kimura, Y. Morinaga, K. Yoshioka, M. Horikawa, Y. Arashida, H. Imada, I. Katayama, Y. Kim, and J. Takeda
    • Organizer
      International Symposium on Hybride Quantum System 2019 (HQS2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanoscale Amorphization of Ge2Sb2Te5 by Laser-Driven STM2019

    • Author(s)
      D. Kim, K. Asakawa, S. Yaguchi, K. Yoshioka, I. Katayama, Y. Arashida, S. Yoshida, H. Shigekawa, M. Kuwahara, and J. Takeda
    • Organizer
      International Symposium on Hybride Quantum System 2019 (HQS2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] テラヘルツ電場誘起電子トンネリングとナノ分光法への応用2019

    • Author(s)
      片山郁文、吉岡克将、武田 淳
    • Organizer
      第29回日本MRS年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] パルステラヘルツ近接場によるナノスケール・超高速トンネル電子制御2019

    • Author(s)
      片山郁文、吉岡克将、武田 淳
    • Organizer
      日本光学会年次学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 光波駆動 STM のための高繰り返しサブサイクル中赤外パルス発生2019

    • Author(s)
      吉岡克将、五十嵐一歩、吉田昭二、嵐田雄介、片山郁文、武田 淳、重川秀実
    • Organizer
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 走査トンネル顕微鏡によるGe2Sb2Te5の光誘起ナノスケール相変化2019

    • Author(s)
      浅川寛太、キム・ダンイル、 谷口将太朗、吉岡克将、片山郁文、嵐田雄介、吉田昭二、重川秀実、桑原正史, 武田 淳
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 位相制御THz-STMによるトンネル電子のナノ空間超高速サブサイクル制御2019

    • Author(s)
      吉岡克将、片山郁文、嵐田雄介、伴 篤彦、河田陽一、小西邦昭、髙橋宏典、武田 淳
    • Organizer
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] カルコゲナイド合金Ge2Sb2Te5におけるナノスケール光誘起相変化2019

    • Author(s)
      谷口将太朗、片山郁文、嵐田雄介、吉岡克将、吉田昭二、重川秀実、桑原正史、武田 淳
    • Organizer
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi1-xSbxにおけるテラヘルツ磁気光学応答2019

    • Author(s)
      吉岡克将、X. Li、萩原俊雄、田岡裕貴、嵐田雄介、O. S. Handegard、片山郁文、長尾忠昭、河野淳一郎、武田 淳
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi1-xSbx薄膜のパルス強磁場下テラヘルツ応答2019

    • Author(s)
      吉岡克将、G. T. Noe、X. Li、野尻浩之、萩原俊雄、田岡裕貴、嵐田雄介、O. S. Handegard、長尾忠昭、河野淳一郎、武田 淳、片山郁文
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Nanoscale Electron Manipulation Using Phase-controlled THz Near-fields2018

    • Author(s)
      J. Takeda, K. Yoshioka, Y. Arashida, and I. Katayama
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Sub-Cycle Manipulation of Electrons in a Tunnel Junction with Phase-controlled Single-Cycle THz Near-Fields2018

    • Author(s)
      K. Yoshioka, I. Katayama, Y. Arashida, A. Ban, Y. Kawada, H. Takahashi, and J. Takeda
    • Organizer
      International Conference on Ultrafast Phenomena 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonlinear Terahertz Dynamics of Dirac Electrons in Bi Thin Films2018

    • Author(s)
      I. Katayama, Y. Minami, Y. Arashida, O. S. Handegard, T. Nagao, M. Kitajima, and J. Takeda
    • Organizer
      SPIE Optics + Photonics 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] THz-Field-Driven Electron Tunneling On The Nanoscale2018

    • Author(s)
      J. Takeda, K. Yoshioka, Y. Minami, Y. Arashida, and I. Katayama
    • Organizer
      43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] In-situ Tailoring of Single-cycle Near Field in a Tunnel Junction Using Phase-controlled THz-STM2018

    • Author(s)
      K. Yoshioka, I. Katayama, Y. Arashida, A. Ban, Y. Kawada, K. Konishi, H. Takahashi, and J. Takeda
    • Organizer
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 位相制御THz-STMを用いたTHz近接場とトンネル電子のサブサイクル制御2018

    • Author(s)
      吉岡克将、片山郁文、嵐田雄介、伴 篤彦、河田陽一、小西邦昭、高橋宏典、武田 淳
    • Organizer
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 極短時間・ナノ空間で電子を操る! ~テラヘルツ近接場によるナノスケール電子マニピュレーション~2018

    • Author(s)
      武田 淳
    • Organizer
      物理科学の最前線(東北大学)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] THz近接場によるサブサイクル電子マニピュレーション2018

    • Author(s)
      武田 淳
    • Organizer
      第22回名古屋大学VBLシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 武田・片山・金島研究室

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 武田・片山・浅川研究室

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 量子操作による光ナノ計測情報通信の革新的イノベーション研究拠点

    • URL

      http://www.laser-nanoscience.ynu.ac.jp/ja/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] TUNNEL CURRENT CONTROL APPARATUS AND TUNNEL CURRENT CONTROL METHOD2019

    • Inventor(s)
      Y. Kawada, J. Takeda et al.
    • Industrial Property Rights Holder
      Y. Kawada, J. Takeda et al.
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] TUNNEL CURRENT CONTROL APPARATUS AND TUNNEL CURRENT CONTROL METHOD2019

    • Inventor(s)
      Y. Kawada, J. Takeda et al.
    • Industrial Property Rights Holder
      Y. Kawada, J. Takeda et al.
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi