2022 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Next-Generation Nano-Optics Using Fast Electrons |
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| Project/Area Number |
22H05032
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
秋葉 圭一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主幹研究員 (80712538)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
弓削 達郎 静岡大学, 理学部, 准教授 (70547380)
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| Project Period (FY) |
2022-05-20 – 2025-03-31
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| Keywords | 電子線励起発光 / 光子相関測定 / 光量子状態 / 電子顕微鏡法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子線によって励起されたナノ発光に対して光子相関計測を行い実現・展開されてきた電子線時間分解計測法について、量子論的に取り扱うことで相関計測を発展させ、ナノ空間分解能の光計測を革新する。
初年度となる2022年度の補助事業では、これまで光は古典電磁気学、物質は量子力学で取り扱う半古典論によって記述してきた光子相関計測を、光も物質も共に量子力学で扱う全量子論的記述を行うことに取り組んだ。電子線励起過程をモデル化したハミルトニアンを構築し量子マスター方程式から開始して、実験結果を説明することに成功した。これは半古典で得られた結果を内包するだけではなく、新たな見地から現象の理解を深め、電子線励起発光の光量子状態モデルを構築するための大きな礎となった。これによって、光子相関計測の基礎付けが達成された。
また、単一の電子によって光子が生成されることから、この電子と光子の時間相関を利用した相関計測による発光寿命を測定を発展させ、ナノスケールイメージングを実現した。この実現を通した考察により、電子と光子の間の量子相関を用いた全く新しいナノスケールイメージングの展開可能性が拓かれた。
加えて、光子相関による電子線時間分解計測をInGaN量子井戸系や次世代発光体として注目の高い金属ハライドペロブスカイト系などの様々な物質へも展開し、その有効性を示すとともにイメージング手法として確立し、ナノスケールでの発光励起効率などの知見も得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
走査型電子顕微鏡の納品が半導体不足により急遽年度内に不可能になり研究計画の変更が必要となり、補助事業期間を延長することになったが、2022年度の計画は全て達成されており、光子相関計測の基礎付けは学術論文 Physical Review B で出版に至っている。さらに、電子－光子相関計測を展開する中で、電子と光子の量子相関を利用する新しい可能性が見出され、これらを含めた上で学術論文Communication Physicsの投稿出版に至ったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の補助事業により、電子線励起発光の量子状態の記述モデルが得られた。これを用いて、光子相関計測を発展させ新たな情報を得られる計測モデル構築を進める。引き続き、実験的なナノイメージングおよびそのシステム開発は進めながら、さらに、電子と光子の量子相関について活用可能性が拓かれたため、そもそもの電子線中の電子が光子を生成する過程についても量子論的な記述を進める。
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