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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of tip-enhanced and time-resolved THz nanospectroscopy

Research Project

Project/Area Number 20H02625
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

早澤 紀彦  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (90392076)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords先端増強 / テラヘルツ分光 / 近接場 / 時間分解 / 顕微分光
Outline of Annual Research Achievements

高空間分解能走査プローブ顕微鏡(SPM)と高時間分解能THz分光の融合により、高空間分解能高時間分解能を有す近接場THz分光法の開発を行った。1)ナノレーザーTHz発光分光(nano-LTEM)、2)ナノTHz時間領域分光(nano-THz-TDS)、その融合した3)ナノ光励起THzプローブ分光(nano-OPTP)を統合開発した。1)2)3)の装置を同一チャンバーシステムに構築する設計を行った。本システムは、福井大学遠赤外領域開発研究センター(令和元年度より本課題に関連する共同研究契約を締結)で開発した光伝導アンテナ(PCA)をTHz発光及び検出素子として用いたTHz-TDSと、qPlusセンサー方式(金探針を接着)の非接触AFMにより構成した。qPlusセンサーへの金探針接着の顕微鏡下でのプロトコルを構築し、qPlusセンサーを繰り返しリサイクル使用可能とした。また、通常のTHz-TDSでは、光チョッパーを用いた照射光の変調によりロックイン検出を行うが、本システムでは、qPlus方式金探針の試料垂直方向への励振により近接場THz信号に変調を与え、これをロックイン検出するとし、近接場LTEM信号及びTHz-TDS信号検出に成功した。
さらに、パルス列のMHzオーダーの繰り返し返し周波数をロックイン検出に用いることを提案し従来法に比べて100倍以上の高速THz-TDS取得に成功し、ロックイン時定数1μsでのリアルタイムTHz検出が可能であると示した。本提案手法は、パルスレーザーの繰り返し周波数を信号変調に用いるため、より高繰り返しのパルスを用いることでさらなる高速化が可能である。また、PCA-THz発生器の場合、ACバイアス電圧の高速変調がMHzオーダーで可能であるが、本提案手法では、PCA発生器以外のあらゆるTHz波発生機構に適応可能である。

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

    (14 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] フィリピン大学ディリマン校国立物理学研究所(フィリピン)

    • Country Name
      PHILIPPINES
    • Counterpart Institution
      フィリピン大学ディリマン校国立物理学研究所
  • [Journal Article] Probing Strain and Doping along a Graphene Wrinkle Using Tip-Enhanced Raman Spectroscopy2023

    • Author(s)
      Balois-Oguchi Maria Vanessa、Hayazawa Norihiko、Yasuda Satoshi、Ikeda Katsuyoshi、Nguyen Tien Quang、Escano Mary Clare、Tanaka Takuo
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Pages: 5982~5990

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c08529

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Megahertz repetition rate-based lock-in detection scheme for rapid data acquisition in terahertz time domain spectroscopy2023

    • Author(s)
      Balgos M. H.、Hayazawa N.、Tani M.、Tanaka T.
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 94 Pages: 043002~043002

    • DOI

      10.1063/5.0138938

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Analyzing Strain and Doping in Monolayer Graphene Wrinkles by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Maria Vanessa Balois-Oguchi, Norihiko Hayazawa, and Takuo Tanaka,
    • Organizer
      SPIE Optics + Photonics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Analyzing Strain and Doping in Monolayer Graphene Wrinkles by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Maria Vanessa Balois-Oguchi, Norihiko Hayazawa, Satoshi Yasuda, and Takuo Tanaka,
    • Organizer
      JSAP-OSA Joint Symposia in The 83rd JSAP Autumn Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Direct identification of point defects in LT-GaAs by STM/STS measurements and DFT calculations for THz device applications2022

    • Author(s)
      Akihiro Izumi, Mary Clare Escano, Maria Herminia Balgos, Tien Quang Nguyen, Elizabeth Ann Prieto, Elmer Estacio, Arnel Salvador, Armando Somintac, Rafael Jaculbia, Takashi Furuya, Hideaki Kitahara, Norihiko Hayazawa, Yousoo Kim, Masahiko Tani,
    • Organizer
      40th Samahang Pisika ng Pilipinas (SPP) Physics Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズモン増強ラマンによる多様な環境下におけるナノスケール界面分光2022

    • Author(s)
      早澤紀彦
    • Organizer
      日本化学会 第73回コロイドおよび界面化学討論会
    • Invited
  • [Presentation] Surface Plasmon Resonance-enhanced Angular Goos-Hanchen Shift sensor in multiple environments2022

    • Author(s)
      Cherrie May Olaya, Norihiko Hayazawa, Nathaniel Hermosa, Takuo Tanaka,
    • Organizer
      日本化学会 第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] 金属電極近傍の蛍光色素の分光測定: 蛍光と共鳴ラマンの同時計測2022

    • Author(s)
      横田 泰之, Raymond A. Wong,Misun Hong,早澤 紀彦,金 有洙,
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 色素/スペーサー/金属電極界面における蛍光と共鳴ラマンの同時計測2022

    • Author(s)
      横田 泰之, Raymond A. Wong,Misun Hong,早澤 紀彦,金 有洙,
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
  • [Presentation] Analyzing the strain and doping in graphene wrinkles via tip-enhanced Raman spectroscopy in ambient2022

    • Author(s)
      Maria Vanessa Balois, Norihiko Hayazawa, and Takuo Tanaka,
    • Organizer
      理研シンポジウム 第10回「光量子工学研究-ポストコロナ時代の新しい光科学」
  • [Presentation] Megahertz frequency lock-in detection scheme for rapid data acquisition in terahertz time domain spectroscopy2022

    • Author(s)
      Maria Herminia Balgos, Norihiko Hayazawa, Masahiko Tani, and Takuo Tanaka,
    • Organizer
      理研シンポジウム 第10回「光量子工学研究-ポストコロナ時代の新しい光科学」
  • [Presentation] High sensitivity sensor based on surface plasmon resonance-enhanced angular Goos-Hanchen shift2022

    • Author(s)
      Cherrie May Olaya, Norihiko Hayazawa, and Takuo Tanaka,
    • Organizer
      理研シンポジウム 第10回「光量子工学研究-ポストコロナ時代の新しい光科学」
  • [Remarks] 個人ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/site/hayazawa/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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