2018 Fiscal Year Annual Research Report
Nanostructure physics explored by optically detected time-resolved magnetic imaging.
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17H01037
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
遊佐 剛 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40393813)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 磁気共鳴イメージング / 超高速分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、光検出核磁気共鳴を基礎としてイメージング測定に拡張した光検出磁気イメージング(MRI)を、時間分解測定と組み合わせることで、物理現象の「動き」を可視化できる光検出時間分解MRIを確立し、従来の限られた材料系(GaAs系半導体)だけでなく、紫外～赤外に光応答を持つさまざまな物質に適用することで、より汎用性の高い測定技術へと進化させることである。
30年度は初年度に引き続き測定系の開発に多くの時間を費やした。また前年度から問題であった既存の希釈冷凍機の不具合の修理や改良に多くの修理費や時間が費やされた。
まず初年度に開発した時間分解測定系を用いてGaN系の材料において不純物に起因する発光の寿命測定を行うことに成功し学会等で発表した。現在論文投稿準備中である。初年度に完成しなかった極低温強磁場中で動作するカー回転イメージング測定系については、引き続き装置の立ち上げを進め、まだ実際のデータを取得できる段階にはないもののほぼ完成に近づいた。GaAs系材料に関しては4Kでのポンププローブ系を用いてスピンヘリックスダイナミクスについて研究を進めた。また、核磁気共鳴イメージングを用いてスカーミオンが集団状態を形成し、空間的に非常に大きな秩序相を形成していく様子を直接観察することに成功した。これらの成果については複数の論文を発表することができた。ダイカルコゲナイド材料のInSeについては、インジウムセレン/グラフェンハイブリッドデバイスを作成し、巨大な量子ホールプラトーを観測することができた。
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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30年度は初年度に引き続き、装置の修理、装置開発や改良、測定試料作りに多くの時間を割いた。GaN系に関して時間分解を含む論文発表に値する価値のあるデータも多く得られた。インジウムセレンやGaAs系にはついては多くの研究結果をもとに複数の論文発表を行い、予定以上の成果が得られたといえる。
一方、希釈冷凍機の修理には当初予想していなかった多くの時間と予算が費やされた。前年度から問題だったHe4とHe3の混合ガスラインのコールドリークにより、極低温に到達しない問題は解決したものの、テストのための液体ヘリウム購入や低温でのリークテストなど、多くのリソースが費やされた。また、既存のポンプが壊れて予定になかった二台のポンプを急遽購入しなければならないなどの問題も発生した。
研究活動については昨年からのイギリスドイツ、アメリカ、ロシアに加え、中国、ウクライナの研究機関とも国際共同研究を進めることができた。
以上のように、装置の不具合にもかかわらずできうる限りの研究は進めたので、総合的にみると申請時に予定していた計画がおおむね順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は従来のPL法によるGaAs系とGaN系の磁気イメージングの測定を進めるとともに、カー効果による磁気イメージングの測定を進める。時間分解測定についてはノウハウが蓄積されてきているので、実際の動きの可視化に注力する予定である。インジウムセレン系材料に関しても、マンガンドープした磁性半導体の磁気イメージング法を確立し、磁気相転移の可視化、ドメイン構造の時間変化などの可視化を目指す。昨年度進める予定だった量子ホール系のでの荷電励起子のバルクエッジ依存性は、装置の不具合により進めることができかなったため、エッジプラズモンの伝導特性の探索などとともに研究を進める予定である。研究成果については秋と春の物理学会および応用物理学会、夏の国際学会で積極的に報告するととも論文発表を行う。本年度は国際共同研究先の研究者を招くなど、人的交流も積極的に進める計画である。
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