2016 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast Nuclear Spin Dynamics in Low-dimensional Semiconductor Nanostructures Probed By Optical Pump-probe Scaning Tunneling Microscopy
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16J02215
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
汪 子涵 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 時間分解走査トンネル顕微鏡 / スピンダイナミックス / 多探針走査トンネル顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度（2016年度）の研究成果は以下の通りでした。
1.新たな「レーザー光変調ロジック」の開発が出来ました。
低次元半導体原子核スピン計測システムの構築する為に、主として、時間分解STM用の新しい「レーザー光変調ロジック」の開発はとても重要です。現在のレーザー光変調ロジックは半導体電子スピンの励起＆計測に最適される物ですが、核スピンに励起されるように、長い励起時間（円偏光続きの時間）が必要不可欠です。そしたら、新しい光変調ロジックには、核スピンに効率な励起されるように、長い円偏光シーケンスが導入しなければなりません。平成28年度の研究内容の中心として、核スピン計測用「レーザー光変調ロジック」でした。平成28年8月、「レーザー光変調ロジック」の開発が出来ました（論理回路の作る事&ブログランキング）。
２．多探針時間分解STMシステムの構築＆検証。
本来の単探針時間分解分解STMシステムは、半導体のキャリア及び電子スピンダイナミックスを観測する事が出来ますが、薄膜低次元半導体の時間分解ダイナミックスを追う事が出来ません（一つ探針の場合で、薄膜低次元半導体の電流が流れにくいですので）。28年6月から多探針時間分解STMシステムの構築が始まりました。多探針時間分解STMシステムに検証する為、2次元半導体の一つ、遷移金属カルコゲナイド（TMD）のキャリアダイナミックスの測定を行いました、単層・多層TMDのキャリア寿命の測定を成功しました。
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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
平成28年の一年間は主に下記２点をゴールにして研究を進んでいました。1．核スピンダイナミックス計測用の「レーザー光変調ロジック」の開発。2．多探針時間分解STMシステムの構築＆検証。
ゴール1について、低次元半導体原子核スピン計測用時間分解STMの構築する為に、一番重要のことは「レーザー光変調ロジック」の開発です。ここでの「ロジック」という語は、変調アルゴリズムと、それを実現するためのロジック回路（CPLD内にプログラムして使用します）の両方を表します。この「レーザー光変調ロジック」は長時間にわたる「初期化シーケンス」及び短時間の「測定シーケンス」両方を用いることを特徴とします。「初期化シーケンス」は核スピンを励起させ、「測定シーケンス」は電子スピンのダイナミックスの変化（核スピンの影響より）を測れます。この「レーザー光変調ロジック」の開発を完成しましたが、現在のハードウェア（光変調用のポッケルスセル結晶）より動作周波数の制限がありますので、平成28年度の残りの研究費を繰越し、平成29年から新しいポッケルスセル結晶を購入する事が予定します。
ゴール2について、多探針時間分解STMシステムの開発及び実験です。本来の単探針時間分解分解STMシステムは、半導体のキャリア及び電子スピンダイナミックスを観測する事が出来ますが、薄膜低次元半導体の時間分解ダイナミックスを追う事が出来ません（一つ探針の場合で、薄膜低次元半導体の電流が流れにくいですので）。低次元半導体のスピンダイナミックス計測の実験をしました。平成28年度の研究内容の一部として、多探針STMを利用して時間分解分解測定行う手法を検証する事が成功しました。ナノスケールで2次元半導体の一つである遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)のキャリアダイナミックス（単層・多層）の計測に成功しました。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後（平成29年度から）の研究推進方案として、主に三点があるます。
1．開発した「レーザー光変調ロジック」の導入＆テストする事。この「レーザー光変調ロジック」を利用し、低温・磁場中の時間分解STMで実験を検証します。
2．多探針時間分解STMの実験。、多探針STMを利用して時間分解分解測定行う手法を検証した上、今後の展開として、1) 複雑なTMD系ヘテロ接合試料を使って、時間・空間分解のキャリアダイナミックす及び電子スピンダイナミックスを計測する、2) この多探針時間分解STMを用いた核スピンの計測の可能性を検証する、の2点を計画しています。
3．低次元半導体＆磁性半導体の電子スピンダイナミックスの計測。我々の核スピンダイナミックス計測では電子系スピンダイナミックスを利用して核スピンの励起及び計測を行うため、電子スピンダイナミクスに対する理解を深めることが必要です。特に低次元半導体（GaAs量子井戸）中、原子核・電子の相互作用は強いですので、低次元半導体の電子スピンダイナミックスの観測＆解析する事が重要です。
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