デラフォサイト型銅酸化物における励起子の光学的シュタルク効果

• Project Area: Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
• Project/Area Number: 23104702
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 牧野 哲征 独立行政法人理化学研究所, 強相関界面デバイス研究チーム, 基幹研究所研究員 (70311363)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2012: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2011: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 励起子 / トライフェーズエピタキシー / バンドエッジ発光 / デラフォサイト型構造 / 透過型電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

デラフォサイト型銅酸化物CuScO2は、半導体層(Cu-O)と絶縁体層(Sc-O)からなる超格子構造を有する直接遷移型ワイドギャップp型半導体(バンドギャップ4.35 eV)であり、励起子(電子・正孔対)の結合エネルギーが非常に大きいという特徴がある。励起子準位に由来した1電子近似を超えた動的な効果がもたらす光学的な非線形性についてフェムト秒レーザーベースの時間分解差分透過率分光法を用いた検討を行なってきた。励起子の動的な効果とその他の外因的な効果を切り分けたより詳細な議論を可能にするためトライフェーズエピタキシー法を援用した測定試料(CuScO2)の改質を試みた。本法は、成長表面上でのビスマス系酸化物の固液共存相を経由した固化を利用した成長法である。改質の試行の結果、薄膜内の欠陥構造もしくは析出物の密度を有意の差を以て減らすことに成功し、低温での鋭い紫外バンド端発光の観測に至った。これはp型の直接型ワイドギャップ半導体では初となるこのような発光の観測である。また、時間分解差分透過率スペクトルを当該試料を対象として形状解析することで、励起直後から500 psまでの間の励起子高密度効果に関わる遮へい波数の逆数を実験的に定量することに成功した。光学的シュタルク効果を検討する上で基本となる物理量であると同時に、この効果を記述する上での特徴的な物理量に密接に関わるものであることが分かった。

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。

Research Products

• [Journal Article] Magneto-photoluminescence of charged excitons from MgxZn1-xO/ZnO heterojunctons (2013)
  • Author(s): T. Makino, Y. Segawa, A. Tsukazaki, R. Shen, S. Takeyama, H. Yuji, Y. Nishimoto, S. Akasaka, D. Takamizu, K. Nakahara, T. Tanabe, A. Kamisawa, M. Kawasaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 87 Issue: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.085312
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast optical control of magnetization in EuO thin films (2012)
  • Author(s): T. Makino, F. Liu,, T. Yamasaki, Y. Kozuka, K. Ueno,, A. Tsukazaki, T. Fukumura,, Y. Kong, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 86 Issue: 6 Pages: 644031-644034
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.064403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast Time-Resolved Faraday Rotation in EuO Thin Films (2012)
  • Author(s): F. Liu, T. Makino, T. Yamasaki, K. Ueno,, A. Tsukazaki, T. Fukumura,, Y. Kong, and M. Kawasaki
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 108 Issue: 25 Pages: 2574011-2574015
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.257401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High crystallinity CuScO_2 delafossite films exhibiting ultraviolet photoluminescence grown by vapor-liquid-solid tri-phase epitaxy (2012)
  • Author(s): Y.Matsubara, T.Makino, H.Hiraga, C.Chen, S.Tsukimoto, K.Ueno, Y.Kozuka, Y.Ikuhara, M.Kawasaki
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS EXPRESS Volume: 5 Issue: 1 Pages: 11201-11201
  • DOI: 10.1143/apex.5.011201
  • NAID: 10030154569
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic structure of the delafossite-type CuMO_2 (M=Sc, Cr, Mn, Fe, and Co) : Optical absorption measurements and first-principles calculations (2011)
  • Author(s): H.Hiraga, T.Makino, T.Fukumura, H.M.Weng, M.Kawasaki
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.041411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic and electronic properties of ordered double-perovskite La2VMnO6 thin films (2011)
  • Author(s): K.Yoshimatsu
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 84 Issue: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.132411
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マンガン酸化物薄膜における超高速ポンプ・プローブ分光II (2013)
  • Author(s): 牧野哲征，盛志高，中村優男，川崎雅司，十倉好紀
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス（広島県）
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] マンガン酸化物薄膜における超高速ポンプ・プローブ分光 (2012)
  • Author(s): T.Makino, S.Zhigao, M.Nakamura, M.Kawasaki, Y.Tokura
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] EuO薄膜における円偏光による超高速光磁気スイッチング (2012)
  • Author(s): 牧野哲征、劉富才、山崎高志、上野和紀、塚崎敦、福村知昭、孔勇発、川崎雅司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] デラフォサイト型CuScO_2薄膜の配向制御 (2012)
  • Author(s): 松原雄也, 牧野哲征, 陳春林, 着本享, 上野和紀, 小塚裕介, 塚崎敦, 幾原雄一, 川崎雅司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] フォトルミネッセンスによるMgZnO薄膜の低Mg濃度の定量 (2012)
  • Author(s): 小塚裕介, ジョセフフォルソン, 瀬川勇三郎, 牧野哲征, デニスマリエンコ, 塚崎敦, 川崎雅司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] Optical properties of excitons in CuMO_2 delafossite-type oxide thin films (2012)
  • Author(s): 牧野哲征
  • Organizer: Oxide-based Materials and Devices III, part of Photonics West 2012
  • Place of Presentation: モスコンセンター(サンフランシスコ・米国)(Invited Paper)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-22
• [Presentation] デラフォサイト型銅酸化物における励起子の光学的シュタルク効果 (2012)
  • Author(s): 牧野哲征
  • Organizer: 半導体における動的相関電子系の光科学第6回DYCEシンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2012-01-05
• [Presentation] Transient photo-induced transmission in manganite films (2012)
  • Author(s): T. Makino，Z. Sheng，M. Nakamura，M. Kawasaki，Y. Tokura
  • Organizer: FIRST QS2C Annual Meeting 2012
  • Place of Presentation: 理化学研究所 和光キャンパス (埼玉県)
• [Presentation] デラフォサイト型銅酸化物における励起子の光学的シュタルク効果 (2011)
  • Author(s): 牧野哲征
  • Organizer: 半導体における動的相関電子系の光科学第5回DYCEシンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
• [Presentation] EuO薄膜における磁気光学分光II (2011)
  • Author(s): 牧野哲征, 劉富才, 山崎高志, 上野和紀, 塚崎敦, 福村知昭, 孔勇発, 川崎雅司
  • Organizer: 日本物理学会2011年年次・秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
• [Presentation] Ultrafast photo-induced switching in ordered oxide films (2011)
  • Author(s): T.Makino, F.Liu, K.Ueno, A.Tsukazaki, T.Fukumura, Y.F.Kong, S.Zhigao, M.Nakamura, M.Kawasaki, Y.Tokura
  • Organizer: FIRST-QS2C Workshop on Emergent Phenomena of Correlated Materials
  • Place of Presentation: 万座リゾートホテル(沖縄県)
• [Presentation] Ultrafast spin dynamcis in ferromagnetic EuO (2011)
  • Author(s): F.Liu, T.Yamazaki, T.Fukumura, Y.Ueno, A.Tsukazaki, T.Makino, M.Kawasaki
  • Organizer: 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
  • Place of Presentation: 島根県立産業交流会館(島根県)
• [Presentation] ワイドギャップp型半導体CuScO_2薄膜の作製と物性 (2011)
  • Author(s): 松原雄也、上野和紀、牧野哲征、川崎雅司
  • Organizer: 日本物理学会2011年年次・秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
• [Presentation] ペロブスカイト型新物質EuMoO_3薄膜の輸送・磁気特性 (2011)
  • Author(s): 関秀悦、スバンカーチャクラバティ、劉富才、小塚裕介、上野和紀、牧野哲征、川崎雅司
  • Organizer: 日本物理学会2011年年次・秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
• [Book] ZnO Oxide Materials for Electronic and Optoelectronic Device Applications (2011)
  • Author(s): T.Makino, M.Kawasaki, Y.Segawa, H.Koinuma
  • Total Pages: 300
  • Publisher: Wiley-Berlin