電荷揺らぎ分光イメージング法の創出：固体中揺らぎ空間分布構造の探求

• Project Area: Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems
• Project/Area Number: 26103513
• 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: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 河野 行雄 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 准教授 (90334250)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: ゆらぎ / 相転移 / 非平衡

Outline of Annual Research Achievements

物質中で発生する電荷の揺らぎは、固体素子において通常ノイズとして邪魔者扱いされるが、物質の秩序形成や相変化の根幹を担うことがしばしばある。ところがこれまでに、空間・時間・エネルギーから固体中の電荷揺らぎを系統的に調べた研究はきわめて少ない。本研究は、電荷揺らぎの局所的な情報を探求し、固体素子の揺らぎに関係する特徴的な電荷分布形成・ダイナミクスやそれとマクロな物性との関連を解明することを目的として実施された。
今年度の成果は以下の通りである。
①カーボンナノチューブ素子の非平衡伝導と電磁波応答
カーボンナノチューブ薄膜素子の非平衡伝導と電磁波応答について調べた。光吸収によるデバイス内電子伝導の様子を可視化し、電子のエネルギー緩和のダイナミクスと対応した特徴を特定することが可能となった。また、薄膜の厚みに応じた光応答の違いをイメージング観測し、光伝導の測定における有用な情報を得ることができた。
②導電性高分子素子の非平衡伝導と電磁波応答
導電性高分子の非平衡伝導特性と光応答を調べた（試料は東京工業大学 有機・高分子物質専攻 道信研究室よりご提供）。電気抵抗の温度依存性を測定したところ、ある低温下で電流－電圧特性が急激に非線形になり、２つの伝導状態間をスイッチする、双安定な状態が存在することを見出した。この測定から、伝導を特徴づける２種類のエネルギーを見積もることができた。さらに、この温度領域で光を照射したところ、電気伝導度が急激に増大する現象を観測した。このような光をトリガーとした相転移は、２種類の伝導状態間をスイッチする温度のみで生じることが分かった。この測定から、電子の空間分布の変化に基づく伝導モデルを提案した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ライス大学/サンディア国立研究所(米国)
• [Journal Article] Chip-Based Near-Field Terahertz Microscopy (2016)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Journal Title: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology Volume: in press
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Figure of Merit for Carbon Nanotube Photothermoelectric Detectors (2015)
  • Author(s): Kristopher J. Erickson, Xiaowei He, A. Alec Talin, Bernice Mills, Robert H. Hauge, Takashi Iguchi, Naoki Fujimura, Yukio Kawano, Junichiro Kono, Francois Leonard
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 9 Issue: 12 Pages: 11618-11627
  • DOI: 10.1021/acsnano.5b06160
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Terahertz Response of Carbon Nanotubes and Graphene (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 84 Issue: 12 Pages: 121010-121010
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.121010
  • NAID: 210000133750
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 低次元電子系の機能に基づくテラヘルツ波検出・分光・撮像デバイス (2015)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Journal Title: 応用物理 Volume: 84 Pages: 643-647
  • NAID: 130007718782
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Carbon Nanotube Terahertz Detector (2014)
  • Author(s): Xiaowei He, Naoki Fujimura, J. Meagan Lloyd, Kristopher J. Erickson, A. Alec Talin, Qi Zhang, Weilu Gao, Qijia Jiang, Yukio Kawano, Robert H. Hauge, François Léonard and Junichiro Kono
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 14 Issue: 7 Pages: 3953-3958
  • DOI: 10.1021/nl5012678
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] カーボンナノチューブ・グラフェンを用いたナノスケールテラヘルツ波デバイス・システム (2015)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Organizer: 日本真空学会・12月研究例会「カーボン系新材料研究の現状と展望」
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Invited
• [Presentation] グラフェンを用いたナノ領域テラヘルツ分光イメージングデバイス (2015)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Organizer: シンポジウム「テラヘルツ科学の最前線II」
  • Place of Presentation: 宮城
  • Year and Date: 2015-11-19
  • Invited
• [Presentation] カーボンナノチューブ・グラフェン素子を用いたナノスケールテラヘルツ波検出・分光・撮像技術 (2015)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Organizer: グラフェンコンソーシアム第８回研究講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-10-07
  • Invited
• [Presentation] Nanoscale Terahertz Spectroscopic Imager with GaAs and Graphene Devices (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: Joint Symposium of 3rd International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA 2015) and 6th International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 6)
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Year and Date: 2015-06-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mid-infrared Photoresponse of Highly-Aligned Carbon Nanotube Array (2015)
  • Author(s): T. Iguchi, N. Fujimura, Yukio Kawano, S. Oda, X. He, Q. Zhang, W. Gao, and J. Kono
  • Organizer: Joint Symposium of 3rd International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA 2015) and 6th International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 6)
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Year and Date: 2015-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terahertz sensing and imaging with graphene and carbon nanotube devices (2015)
  • Author(s): Daichi Suzuki, Shunri Oda, and Yukio Kawano
  • Organizer: 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT15)
  • Place of Presentation: Nagoya
  • Year and Date: 2015-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terahertz sensing and imaging with graphene and carbon nanotube devices (2015)
  • Author(s): Daichi Suzuki, Shunri Oda, and Yukio Kawano
  • Organizer: Third Carbon Nanotube Thin Film Electronics and Applications Satellite
  • Place of Presentation: Nagoya
  • Year and Date: 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanoscale Terahertz Imaging and Spectroscopy with Nanostructured Semiconductor and Graphene Devices (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: 4th Terahertz Technology Workshop
  • Place of Presentation: Seoul
  • Year and Date: 2015-06-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ナノ領域におけるテラヘルツ波センシング・イメージング技術の開発とその応用 (2015)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Organizer: 平成２７年度 第１回カーボンナノ材料研究会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-06-19
  • Invited
• [Presentation] Semiconductor and Graphene Devices for Nanoscale Terahertz Imaging and Spectroscopy (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: IEEE International Microwave Symposium (IMS2015)
  • Place of Presentation: Phoenix, USA
  • Year and Date: 2015-05-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ナノ構造によるテラヘルツ波検出・分光・撮像デバイスとその応用 (2014)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Organizer: 応用物理学会・テラヘルツ電磁波技術研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] Active and Passive Near-Field Terahertz Microcopy (2014)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-05-21
  • Invited
• [Book] Nano-Carbon Terahertz Detector, one chapter in Terahertz Sensing and Imaging: Devices and Systems (2016)
  • Author(s): Y. Kawano
  • Publisher: CRC Press
• [Remarks]
  • URL: http://diana.pe.titech.ac.jp/kawano/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] テラヘルツ検出センサ及びテラヘルツ画像測定装置 (2015)
  • Inventor(s): 河野 行雄
  • Industrial Property Rights Holder: 東京工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-12-15