2016 Fiscal Year Annual Research Report
偏光分解分光イメージングによる原子層局所形態・光物性相関の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of Atomic Layer Systems |
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| Project/Area Number |
16H00911
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮内 雄平 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10451791)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 原子層物質 / 光物性 / 偏光 / バレー分極 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、遷移金属ダイカルコゲナイド原子層固有の物性の制約を超える光機能の実現に向けて、原子層固有の２次元結晶部分とは質的に異なる人工的な「局所」形態・構造を原子層上に導入する新手法の開拓と、原子層局所形態・構造と光物性の相関を解明することを目指している。28年度は、遷移金属ダイカルコゲナイド原子層の局所形態とバレー分極光物性の相関を明らかにするため、励起波長可変、極低温のもとで、２次元面内の各座標における偏光分解分光スペクトルの測定を行うことができる実験系の構築を進め、左右円偏光発光成分の同時検出による高感度なバレー分極度２次元マッピング（イメージング）測定が可能となった。バレー分極度の２次元マッピングを、単層MoS2や単層WSe2などの原子層半導体材料に適用し、同試料の原子間力顕微鏡像と比較することで、バレー分極度が、原子層半導体上に偶然形成された皺の部分とその他の部分で異なっている様子などを確認することができた。キャリア密度や励起子寿命のばらつきを反映した局所ごとの励起子発光強度とバレー分極度に一定の相関があることを示唆する結果を得た。また、バレー分極マッピングの手法が、試料の均一性などの品質評価にも利用できることを確認できた。励起波長可変のバレー分極度測定からは、励起子と荷電励起子でバレー分極度の励起波長依存性が異なるという、バレー分極の生成と緩和のメカニズムを考える上で重要な結果を得た。バレー分極度の人工的な局所形態・構造の導入については、ナノ粒子を用いた人工的な局所歪みの導入を試みたほか、原子層ヘテロ構造化の技術の高度化についての検討も進めた。
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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
28年度には、当初計画の通り、励起波長可変、極低温のもとで、２次元面内の各座標における偏光分解分光スペクトルの測定を行うことができる実験系を構築し、高感度なバレー分極度２次元マッピング（イメージング）測定が可能となった。また、原子間力顕微鏡像(AFM)との比較によって、１マイクロメートル程度（AFMの空間分解能はナノメートルオーダーだが、光の回折限界によりマイクロメートルオーダー程度に制限）の解像度で、バレー分極度の空間依存性と試料上の局所形態の相関を調べることができることを確認できた。これらの実験は、研究計画に照らしてほぼ予定通りに進んでいるため、おおむね順調に進展している、とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度までに構築した偏光分解分光イメージング装置を用いて、様々な原子層試料の計測を行っていく予定である。試料については、原子層科学領域内外でのコラボレーションにより、多種多様な試料を調達し、測定を進める。また、昨年度に引き続き、局所歪みの導入や原子層ヘテロ構造化の技術の高度化を進め、様々な局所形態・構造を有する試料に本測定手法を適用していくことで、原子層局所形態・構造と光物性の相関に関する系統的な知見を得たい。場所ごとに異なる発光スペクトル構造と励起子バレー分極度の相関、及び原子間力顕微鏡像と分光画像の相関の２点に着目して、上記研究を進めていく予定である。
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