2023 Fiscal Year Annual Research Report
モアレ構造中の光励起された電子ダイナミクスに関する分光学的研究
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22H01960
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
荒船 竜一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (50360483)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 紀明 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50252416)
石田 浩 日本大学, 文理学部, 教授 (60184537)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 二光子光電子分光 / 表面ダイナミクス / モアレ構造 / モアレポテンシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異なる周期をもつ2次元系を重ね合わせたとき、元来の系が持つ格子間隔より長周期のモア レ構造が生じる。電子はそれぞれの2次元系で動いていた状態とは異なり、長周期構造によ って導入されるモアレ・ポテンシャルに束縛され、バンド構造が変調される。その結果、光 励起電子のダイナミクスやエキシトン形成など系の光学特性が変わると期待される。運動量 空間における価電子・伝導帯両方の電子特性と、実空間におけるモアレ・ポテンシャル分布 の相関は、モアレ構造とその光学特性の関係を理解する上で重要である。本研究は二光子 光電子分光と走査型トンネル顕微鏡、実験と直接比較できる半無限固体表面の密度汎関数計 算による理論解析を駆使して、電子バンド構造と光励起電子の緩和過程、およびモアレ・ポ テンシャルの空間分布を調べる。これらの関係を明らかにすることによって、モアレ構造を 用いた光学特性の定量的なチューニングに必要な指導原理が与えられる。
Xe/Ir(001)-(5x1)構造に対して二光子光電子分光を適用し、5ｘ1構造に由来した表面ポテンシャルの変調を起源とする非占有状態のバンドギャップの観測に成功した。エムベッディッド・グリーン 関数法を用いた半無限の固体表面の電子状態計算に鏡像ポテンシャルを繰り込み第一原理計算を行ったところバンドギャップの大きさの再現に成功した。また、レーザーシステムの改善を行い、パルス幅・コヒーレンスの改善を行った。結果としてGraphene/Ir(111)二光子光電子を用いた量子ビート分光に成功した。
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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
当初想定していた、表面ポテンシャルの変調に由来した、非占有準位における電子バンド構造の実験観測に成功しているので、順調に進展していると判断している。また、当初想定していなかった、量子ビート測定の観測に測定した点は測定技術の向上に由来するものであり、他の系での測定も可能にさせるものであり、測定ターゲットの幅が広がったという点で大きな進展があったとも言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子ビートの測定は、当初想定していなかったが、単パルスレーザーを用いた実験ではメイントピックの一つであり、それがこのようなモアレ系で測定された例はなく意義は大きい。モアレ系の光励起された電子ダイナミクスという観点を外れるものではなく、大きな偏光ではないが、この量子ビートについて、運動量空間でのマッピング等詳細を調べていく。
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