2022 Fiscal Year Annual Research Report
2次元層状物質のコヒーレントフォノン制御下におけるキャリア輸送特性の解明
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21J20332
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
福田 拓未 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 2次元層状物質 / 電子格子相互作用 / 超高速光物性 / 強相関電子系 / 光誘起相転移 / 非平衡周期駆動現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(i)半導体2H-MoTe2の非平衡電子・構造ダイナミクス、(ii)ダブルパルス光学系を用いた強相関電子系TiSe2の電荷密度波(CDW)状態の超高速ダイナミクスに関する研究を主に行った。
(i)では，昨年度から研究を進めている長寿命なコヒーレントフォノンによる電子・正孔プラズマ系の非平衡周期駆動現象(フロッケ状態)の波長依存性について知見を深めた。その結果，観測されるフォノンの高次振動が共鳴励起で特に強められることが分かった。この知見は，今後あらゆる固体のフロッケ電子状態を実験的に調べるために重要な情報である。さらに，高密度励起光密度照射下での過渡的な構造ダイナミクスを時間分解反射率変化と超高速電子線回折実験(UED)により包括的に調べた。両実験において，2H相から1T'相への構造変化は観測されず，価電子の0.4%に相当する電子励起で構造変化の飽和(過飽和吸収)が起きることが明らかになった。これらの知見は今後MoTe2での非平衡電子・構造状態を実現し，評価するために重要な情報である。(i)で得られた2つの研究成果は現在国際学術雑誌に投稿・査読中である。
(ii)では，本来常温では見られないTiSe2の過渡的な揺らぎCDW相をフェムト秒パルス励起によって発見した。さらに，2つの励起光を用いることで，揺らぎCDW相の過渡的な消失ダイナミクスを可視化することができた。この研究成果は，光によって強相関電子系の物性制御ができることを示している点で重要であり，現在国際学術雑誌に投稿・査読中である。
(i), (ii)以外の研究成果として，MoSe2とWSe2のTHz放出に関する共同研究がJ.Appl.Phys.誌に採択された。また，2次元物質の光電流の時間応答を測定するために、産総研ナノプロセシング施設のマスクレス露光装置などを利用して、デバイス作成を継続して行っている。
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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
本年度は，MoTe2や時間分解反射率変化測定の範囲を超えて，多種類の遷移金属ダイカルコゲナイドの試料を複数の超高速分光手法に基づいて物性現象を評価することができた。さらにそれらの研究成果を複数の国際学会で発表を行い，複数の学術論文として投稿することができた。また，超高速光電流測定に関するデバイス作成や光学系の構築は順調に進んでいる。これらの事実に基づいて，現状の進捗状況は当初の本研究申請の目的をおおむね達成していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度(最終年度)は，3年間の研究の集大成として，超高速光電流測定のデバイス設計や光学系をさらに発展させることで，実際に2次元層状物質中の光励起中の電流ダイナミクスを明らかにする。また，これまでの研究で生じた電子格子相互作用にまつわる過渡的な光物性現象を明らかにするために，異なる遷移金属ダイカルコゲナイドでも多角的な手法に基づいて実験や解析を行う。以上の研究成果を積極的に国内・国際学会で発表を行い，国際学術論文としてまとめ，公表を行う。
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Research Products
(13 results)
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[Presentation] Non-equiilibrium steady states periodically driven by a long-lived coherent phonon in 2H-MoTe22022
Author(s)
T. Fukuda, K. Makino, Y. Saito, P. Fons, A. V. Kolobov, A. Ando, T. Mori, R. Ishikawa, K. Ueno, J. Afalla, M. Hase
Organizer
International Conference on Ultrafast Phenomena 2022
Int'l Joint Research
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[Presentation] 高密度電子励起に伴うMoTe2の超高速格子ダイナミクス2022
Author(s)
福田拓未, 蕪内涼太, 齊藤雄太, 牧野孝太郎, Paul Fons, 石川良, 上野啓司, 嵐田雄介, 吉田昭二, 羽田真毅, 長谷宗明
Organizer
第83回応用物理学会秋季学術講演会
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