2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of low-temperature THz SNOM/STM
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15H05423
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
梶原 優介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60512332)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 近接場顕微鏡 / パッシブ計測 / 極低温 / 非平衡現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高感度のパッシブ型THz近接場顕微鏡(SNOM)により，常温物質のミクロな熱揺らぎにともなう極微弱なTHz電磁波(波長: 15 μm)を，20 nmの超高分解能で検出することができる．本研究の目的は，表面電子系が本質的な役割を果たす物質現象をより深く探るため，1) 観察対象を極低温(4.2 K)まで拡張し，2) 8～20 μmの範囲で分光が可能で，かつ3) トンネル電流誘起によるTHz電磁場を検出可能，という新概念の極低温SNOM/STMを構築し，グラフェン等の表面新奇物性を探ることである．
平成28年度は，検出器CSIP（Charge Sensitive Infrared Phototransistor）の広帯域化と低温SNOM/STMの構築，評価を進めた．CSIPに関しては，以前開発した2色型CSIPの発展形である3色CSIP実現に向けて，GaAs/AlGaAs四重量子井戸ウエハの設計を行ったうえで結晶成長を進め，必要なウエハを確保した．またSNOM/STMに関しては，まず4.2Kチャンバ内でのCSIP動作を確認した．次に4.2Kにおいて金属配線に直流バイアスを印加して低温用ステージで水平駆動し，10μmオーダの分解能による遠隔場信号取得に成功している．これまでのパッシブ型THz-SNOMの信号要因は基本的に熱励起エバネッセント波であったが，より興味深い非平衡現象探索に向けたグラフェンデバイスや金属狭窄試料を確保し，近接場信号取得へ向けて準備を整えた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
顕微鏡の完成に向けて，まずウエハ設計と結晶成長を進め，3色検出器に必要なウエハを確保できた．また，構築したSNOM/STMにより4.2Kにおいてバイアスを印加した金属配線の遠隔場信号取得に成功している．測定試料に関しても，非平衡現象探索に向けたグラフェンデバイスを確保し準備が整っている．一時期SNOM/STMチャンバ内のシールドが働かなくなるなどのトラブルはあったが，試行錯誤のうえ解決し，最終目標である近接場信号取得および非平衡現象観測に向けて順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
検出器に関しては，3色CSIPを実際に作成して実験的に特性を検証し，広帯域CSIPの完成を目指す．SNOM/STMに関しては，近接場探針制御法を確立して近接場信号の取得を実現する．その後，グラフェンや二次元電子系の狭窄試料を利用して，おもに非平衡現象の局所的な信号取得を目指す．
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