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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Revealing nonequilibrium energy dynamics by nano-scale temperature mapping of electrons and lattice

Research Project

Project/Area Number 20H01846
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

WENG QIANCHUN  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (20835277)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsナノ熱測定 / テラヘルツ検出 / 走査プローブ顕微鏡 / 近接場顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

様々な新規機能素子開発および新奇な基礎的物性現象解明のためには、電子系の持つエネルギーの流れをナノスケールで明らかにすることが重要である。しかし従来、測定上の制約でその解明は困難だった。本研究では、"走査ノイズ顕微鏡(SNoiM)"と呼ばれる新しい走査プローブ顕微鏡を開発し、従来不可能だった非平衡電子デバイスにおける電子温度と格子温度をナノスケールで測定することができた。室温で電圧印加しているGaAs/AlGaAs2次元ナノデバイスに対して、実空間で電子温度分布と格子温度分布を直接可視化した。その結果から非平衡電子系からフォノン系へのエネルギー散逸がホットLOフォノンボトルネック効果によって大幅に抑制されること明らかにした。さたに、トポロジカル関連物質や遷移金属ダイカルコゲナイドなどの最先端材料研究分野において、SNoiMは実用化を目指した応用研究に最適な測定手法となるため、室温・低温両用走査プローブ顕微鏡を開発し、真空・低温環境対応に拡張することにより、ナノ熱測定機能の応用範囲を大幅に広げることができた。SNoiMのナノ熱測定感度を上がるため、もっと高い感度をもつ微小検出器の開発については、従来のトンネル効果および電界効果と異なる、photogatingと呼ばれる新しい光検出メカニズムを発見した。このメカニズムにより、光検出器の暗電流(dark current)を大幅に抑制し、非常に高いTHzオンオフ比(THz on-off ratio)を実現した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (2 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Development of a cryogenic passive-scattering-type near-field optical microscopy system2023

    • Author(s)
      Lin Kuan-Ting、Weng Qianchun、Kim Sunmi、Komiyama Susumu、Kajihara Yusuke
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 94 Pages: 023701~023701

    • DOI

      10.1063/5.0133575

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Direct visualization of energy transport and dissipation in nanoscale systems2022

    • Author(s)
      Qianchun Weng
    • Organizer
      JPS Annual Meeting

URL: 

Published: 2023-12-25  

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