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超短時間領域におけるグラフェンの電子・格子結合ダイナミクスの研究

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
Project/Area Number 23104515
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research Institution防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

Principal Investigator

北島 正弘  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, 応用科学群, 教授 (00343830)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2012: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2011: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Keywords電子・格子相互作用 / グラフェン / 超高速現象 / 非平衡過程 / フォノン / 電子・格子間相互作用 / 非平衡課程
Outline of Annual Research Achievements

1. 試料作製: グラフェン試料はGOS型に加えて、欠陥の少ない剥離グラフェン及びCVDグラフェンを、超高速測定及びバイアス効果の観察に供した。
2. デバイス作成およびバイアス効果測定解析手法の確立: 始めに90 nm酸化膜/Si基板上に剥離グラフェンを付着させた。光学顕微鏡により単層グラフェンの付着確認後、その上に電子線リソグラフィー法により金電極を作成した。
周波数48THz付近にGモード(グラフェンの炭素間伸縮振動モードに起因するピーク)の存在を顕微ラマンにより確認した後、超高速分光測定に供した。50Vの電圧印加したとが、このピークの周波数変化は~0.05 THzと小さかった。デバイス構造に問題があると考え、イオン液体を用いた手法へと方針を転換した。イオン液体に浸したCNT電極に電圧を印加した状態でポンプープローブ測定した結果、40 THz及び48 THzにそれぞれ、Dモード、Gモード(欠陥に誘起される振動)のコヒーレントC=C伸縮振動を明瞭に観測することができた。これらのピークの振幅、周波数及び寿命は電圧印加によって大きく変化した。特に高電圧印加ではGモードの強度が極端に減少した。これはフェルミ面が光励起のエネルギーを超えると、フォノン励起が起こりにくくなったことによる。これは、電子格子相互作用に係わるコーン異常効果の消滅により、周囲に自由電子のない“裸の”フォノンの運動に対応する興味深いダイナミクスを示す。
3.グラフェンの波束ダイナミックス: 検出光を波長分解することにより、欠陥における電子の弾性散乱によっておこるDモードのフォノンが、非常に高い波数を持ったフォノン波束としてふるまうことを示すことができた。これは光学フォノンの波束励起例としては初めてのものであり、ナノスケールの検出や、操作などの分野に応用できる可能性があり、当初予測しなかった重要な成果である。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 14 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Electron&ndash;phonon coupling and defect scatterings in Ar<sup>+</sup>-ion implanted graphite2013

    • Author(s)
      I. Katayama
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 121 Issue: 1411 Pages: 291-294

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.291

    • NAID

      130004950825

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Resonant Enhancement of Coherent Phonons in Carbon Nanotubes Observed with Sub-10fs Time Resolution2013

    • Author(s)
      I. Katayama
    • Journal Title

      Ultrafast Phenomena XVIII, EPJ Web of Conferences

      Volume: 41 Pages: 04028-04028

    • DOI

      10.1051/epjconf/20134104028

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast Measurements of Coherent Vibrations in Benzenethiol Monolayer Film2013

    • Author(s)
      K. Shudo
    • Journal Title

      Ultrafast Phenomena XVIII, EPJ Web of Conferences

      Volume: 41 Pages: 05013-05013

    • DOI

      10.1051/epjconf/20134105013

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast Quasiparticle Dynamics of FeTe0.75Se0.25 Superconductor2013

    • Author(s)
      Y. Kabasawa
    • Journal Title

      Ultrafast Phenomena XVIII, EPJ Web of Conferences

      Volume: 41 Pages: 03009-03009

    • DOI

      10.1051/epjconf/20134103009

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface metallic states in ultrathin Bi(001) films studied with terahertz time-domain spectroscopy2012

    • Author(s)
      横田耕一郎, 武田淳, Dang ChiThi Thuy, 韓貴, McCarthy David Norman, 長尾忠昭, 菱田俊一, 北島正弘, 片山郁文
    • Journal Title

      APPLIED PHYSICS LETTERS

      Volume: 100 Issue: 25

    • DOI

      10.1063/1.4729149

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光パルス及び強誘電体フォノンポラリトンのシングルショット時間・周波数イメージング2012

    • Author(s)
      武田 淳 他
    • Journal Title

      レーザー研究

      Volume: 40巻 Pages: 598-602

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      2012 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Graphene-based devices in terahertz science and technology2012

    • Author(s)
      T. Otsuji, S. A. Boubanga Tombet, A. Satou, H. Fukidome, M. Suemitsu, E. Sano, V. Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii
    • Journal Title

      J. Phys. D: Applied Physics (招待論文)

      Volume: 45 Issue: 30 Pages: 303001-303001

    • DOI

      10.1088/0022-3727/45/30/303001

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      2012 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Precise control of epitaxy of graphene by microfabricating SiC substrate2012

    • Author(s)
      H. Fukidome、 Y. Kawai、 F. Fromm、 M. Kotsugi、 H. Handa、 T. Ide、 T. Ohkouchi、 H. Miyashita、 Y. Enta、 T. Kinoshita、 Th. Seyller、 M. Suemitsu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 4 Pages: 041605-041605

    • DOI

      10.1063/1.4740271

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High Frequency Coherent Phonons in Graphene on Silicon2011

    • Author(s)
      S.Koga, I.Katayama, S.Abe, H.Fukidome, M.Suemitsu, M.Kitajima, J.Takeda
    • Journal Title

      Appl.Phys.Exp.

      Volume: 4 Issue: 4 Pages: 45101-45101

    • DOI

      10.1143/apex.4.045101

    • NAID

      10028209831

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      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature-Programmed Desorption Observation of Graphene-on-ilicon Process2011

    • Author(s)
      Shunsuke Abe, Hiroyuki Handa, Ryota Takahashi, Kei Imaizumi, Hirokazu Fukidome, Maki Suemitsu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Issue: 7R Pages: 070102-070102

    • DOI

      10.1143/jjap.50.070102

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      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transmission Electron Microscopy and Raman-Scattering Spectroscopy Observation on the Interface Structure of Graphene Formed on Si Substrates with Various Orientations2011

    • Author(s)
      H.Handa, R.Takahashi, S.Abe, M.Suemitsu, et al.
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 50 Issue: 4S Pages: 04DH02-04DH02

    • DOI

      10.1143/jjap.50.04dh02

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      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxygen-Induced Reduction of the Graphitization Temperature of SiC Surface2011

    • Author(s)
      K.Imaizumi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Issue: 7R Pages: 70105-70105

    • DOI

      10.1143/jjap.50.070105

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      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polymer Material as a Gate Dielectric for Graphene Field-Effect-Transistor Applications2011

    • Author(s)
      M.-H.Jung, H.Handa, R.Takahashi, H.Fukidome, T.Suemitsu, et al
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 50 Issue: 7R Pages: 070107-070107

    • DOI

      10.1143/jjap.50.070107

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      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of Graphene Field Effect Transistors with Al2O3 Gate Dielectrics Formed by Metal Oxidation2011

    • Author(s)
      M.-H.Jung, H.Handa, M.Suemtsu, et al
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 50 Issue: 7R Pages: 070111-070111

    • DOI

      10.1143/jjap.50.070111

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      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] カーボンナノチューブにおける波長分解コヒーレントフォノン分光2012

    • Author(s)
      田原佳祐 他
    • Organizer
      励起ナノプロセス研究会 第8回研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学、大阪
    • Year and Date
      2012-12-17
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] サブ10fsレーザーを用いたLiNbO3における広帯域THzフォノン・ポラリトン分散計測2012

    • Author(s)
      滝澤建郁 他
    • Organizer
      テラヘルツ分光法の最先端VIここまできたテラヘルツ時間領域分光
    • Place of Presentation
      筑波大学、つくば
    • Year and Date
      2012-10-25
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamics of Lattice and Molecular Vibrations on Au nanostructures2012

    • Author(s)
      M.Kitajima
    • Organizer
      2012 RCAS-TNNA Symosium
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2012-10-04
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      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 局在プラズモンと格子振動ダイナミクス2012

    • Author(s)
      北島 正弘
    • Organizer
      強光子場科学研究懇談会
    • Place of Presentation
      東大、東京
    • Year and Date
      2012-10-02
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      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] コヒーレントフォノン分光法によるグラフェンの超高速ダイナミクス2012

    • Author(s)
      佐藤健次 他
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国大、横浜
    • Year and Date
      2012-09-18
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 超短パルスレーザーを用いたLiNbO3における広帯域Eモードフォノン・ポラリトン測定2012

    • Author(s)
      滝澤建郁 他
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国大、横浜
    • Year and Date
      2012-07-18
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブにおけるコヒーレントフォノンの共鳴効果2012

    • Author(s)
      片山郁文 他
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国大、横浜
    • Year and Date
      2012-07-18
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] THz Coherent Phonons in Graphene on Silicon2012

    • Author(s)
      M. Suemitsu et al.
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 2012)
    • Place of Presentation
      Naha, Okinawa
    • Year and Date
      2012-07-04
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      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Ultrafast dynamics of electrons and phonons in iron-based superconductor FeTe0.75Se0.252012

    • Author(s)
      Y. Kabasawa et al.
    • Organizer
      6th International Conference on Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Place of Presentation
      Yokohama
    • Year and Date
      2012-06-26
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron-phonon Coupling and Dephasing of Coherent Phonons in Ar+-ion Implanted Graphite2012

    • Author(s)
      I. Katayama et al.
    • Organizer
      6th International Conference on Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Place of Presentation
      Yokohama
    • Year and Date
      2012-06-26
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Coherent Phonon Dynamics in Graphene on Silicon2012

    • Author(s)
      I.Katayama et al.
    • Organizer
      5th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA 2012)
    • Place of Presentation
      Nara
    • Year and Date
      2012-06-03
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] グラフェンにおけるコヒーレントDモードフォノン波束2012

    • Author(s)
      片山郁文、古賀翔、武田淳、吹留博一、末光眞希、北島正弘
    • Organizer
      「コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス」研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 金ナノ構造を用いたコヒーレントフォノンの振幅増強2012

    • Author(s)
      片山郁文、古賀翔、首藤健一、武田淳、北島正弘
    • Organizer
      「コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス」研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 金表面に吸着されたチオール単分子層のコヒーレント振動の実時間計測2012

    • Author(s)
      首藤健一、土井幸司郎、片山郁文、北島正弘、武田淳
    • Organizer
      「コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス」研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素系物質の面内C=C伸縮振動モードの時間領域観察2011

    • Author(s)
      北島正弘
    • Organizer
      「コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス」平成23年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都)
    • Year and Date
      2011-10-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Book] 超高速ダイナミックス、「現代表面科学シリーズ」第2巻第4章2013

    • Author(s)
      北島 正弘
    • Publisher
      共立出版
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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