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トポロジカル絶縁体の超高速表面電子ダイナミクス

Research Project

Project/Area Number 14J11318
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

則松 桂  東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsトポロジカル絶縁体 / フェムト秒時間分解分光法 / 超高速現象
Outline of Annual Research Achievements

トポロジカル絶縁体は、バルクは絶縁体だが物質表面は金属状態が生じている新奇な物質状態をもつ。トポロジカル絶縁体を次世代のデバイスとして応用するために、この特異な表面電子のダイナミクスを知ることが重要である。本研究では、電子-フォノン双方の観点から光励起ダイナミクス(緩和時間やその過程)を調べることを目的とし研究を行った。本年度は、p型のトポロジカル絶縁体Sb2Te3を用いた時間分解過渡反射率測定法を用いて、光励起における表面電子のダイナミクスをバルクのキャリア応答を通して調べた。本実験では、近赤外域(1.5eV)の光をポンプ光に、中赤外域(0.12eV-0.26eV)の光をプローブ法に用いたポンプ・プローブ法により、フェルミエネルギー近傍の過渡反射率変化を測定した。過渡反射率変化をDrude-Lorentzモデルを用いて解析したところ、初期応答はプラズマエッジを境に低エネルギーの光で観測したときは減少し、高エネルギーの光では増加することが分かった。この結果は、光励起直後1ps以内に表面状態に電子が供給されることによりドルーデ重率(プラズマ周波数)が過渡的に減少し、プラズマ周波数が低エネルギー側へシフトしたことが原因であると考えられる。p型のSb2Te3単結晶では、光励起によってできた非平衡状態により表面近傍に電子が供給され、1ps以内にキャリア密度の減少によりプラズマ周波数が低エネルギー側へシフトしていることが確認された。光励起電子の緩和時定数は約3.3psであり、これは一般的な半導体GaAs(1ns)に比べて非常に速く、また、同様にディラックコーンをもつグラフェンと同程度(3ps)であるということが分かった。この速い電子緩和は、ディラック型分散の表面状態をもつことに起因していると考えられ、トポロジカル絶縁体特有の性質を捉えることに成功したと考察される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2016 2015 2014

All Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Sb2Te3の光励起キャリアダイナミクス2016

    • Author(s)
      則松桂、羽田真毅、田中誠一、山本宗平、石川忠彦、恩田健、笹川崇男、中村一隆
    • Organizer
      第63回応用物理学会春期学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 位相ロックパルス対によるGaAs 単結晶電子フォノン結合系のコヒーレント制御Ⅰ2016

    • Author(s)
      横田謙祐、萱沼洋輔、越知章、則松桂、近藤倫央、鹿野豊、中村一隆
    • Organizer
      日本物理学会2016年春季大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 位相ロックパルス対によるGaAs 単結晶電子フォノン結合系のコヒーレント制御Ⅱ2016

    • Author(s)
      萱沼洋輔、横田謙祐、越知章、則松桂、近藤倫央、鹿野豊、中村一隆
    • Organizer
      日本物理学会2016年春季大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrafast dynamics of photoexcited electrons and coherent phonons in the topological insulator2015

    • Author(s)
      K. Norimatsu, M. Hada, S. Tanaka, K. Igarashi, T. Ishikawa, K. Onda, T. Sasagawa, K. G. Nakamura
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem)
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 波長分解型過渡反射率計測を用いたダイヤモンドのコヒーレント光学フォノン2015

    • Author(s)
      大矢数馬、高橋弘史、鶴田哲也、魚住真一、則松桂、北島正弘、萱沼洋輔、鹿野豊、中村一隆
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋期学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Coherent control of electron-phonon coupled state in GaAs using phase-locked femtosecond pulses2015

    • Author(s)
      K. G. Nakamura, K. Kato, K. Norimatsu, M. Hada, Y. Kayanuma
    • Organizer
      Phononics 2015
    • Place of Presentation
      Paris
    • Year and Date
      2015-05-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒パルスを用いたダイヤモンド光学フォノンのコヒーレント励起と時間発展計測2015

    • Author(s)
      大矢数馬、鶴田哲也、魚住真一、則松桂、北島正弘、萱沼洋輔、鹿野豊、中村一隆
    • Organizer
      第32回量子情報技術研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2015-05-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] アト秒位相制御パルス列を用いたGaAs結晶中の電子フォノン結合系のコヒーレンス計測2015

    • Author(s)
      中村一隆、加藤啓吾、則松桂、近藤倫央、羽田真毅、萱沼洋輔、鹿野豊
    • Organizer
      第32回量子情報技術研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2015-05-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Spectrally resolved transient reflectivity measurement on coherent phonons in diamond2015

    • Author(s)
      K.G. Nakamura, K. Ohya, T. Tsuruta, S. Uozumi, K. Norimatsu, M. Kitajima, Y. Kayanuma, Y. Shikano
    • Organizer
      The 6th Shanghai-Tokyo Advanced Research Workshop on Ultrafast Intense Laser Science
    • Place of Presentation
      Hangzhou, China
    • Year and Date
      2015-05-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 時間分解電子線回折法を用いたのポロジカル絶縁体の光誘起ダイナミクスの観測2015

    • Author(s)
      羽田真毅、則松桂、田中誠一、Keskin Sercan、鶴田哲也、五十嵐九四郎、石川忠彦、恩田健、萱沼洋輔、Miller R. J. Dwayne、笹川崇男、腰原伸也、中村一隆
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 東京都新宿区
    • Year and Date
      2015-03-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Bi2Te3の光励起電子-格子ダイナミクス2015

    • Author(s)
      則松桂、羽田真毅、田中誠一、鶴田哲也、五十嵐九四郎、笹川崇男、恩田健、腰原伸也、中村一隆
    • Organizer
      第62回応用物理学会春期学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学(湘南キャンパス)神奈川県平塚市
    • Year and Date
      2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温成長GaAsの超高速キャリア格子相互作用2015

    • Author(s)
      鶴田哲也、則松桂、加藤啓吾、大矢数馬、羽田真毅、萱沼洋輔、北島正弘、中村一隆
    • Organizer
      第35回レーザー学会学術講演大会
    • Place of Presentation
      東海大学(高輪キャンパス)東京都港区
    • Year and Date
      2015-01-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] GaAs(100)結晶における電子-フォノン結合系の電子コヒーレンス計測2015

    • Author(s)
      加藤啓吾、近藤倫央、越知章、則松桂、鶴田哲也、羽田真毅、萱沼洋輔、中村一隆
    • Organizer
      第35回レーザー学会学術講演大会
    • Place of Presentation
      東海大学(高輪キャンパス)東京都港区
    • Year and Date
      2015-01-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体Sb2Te3のコヒーレント光学フォノン2014

    • Author(s)
      則松桂、羽田真毅、山本宗平、笹川崇男、中村一隆
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] バルク結晶における電子-フォノン結合系のアト秒コヒーレントダイナミクス2014

    • Author(s)
      中村一隆、加藤啓吾、則松桂、羽田真毅、萱沼洋輔
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(春日井キャンパス)愛知県春日井市
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 不透明域励起におけるコヒーレントフォノン生成機構2014

    • Author(s)
      萱沼洋輔、則松桂、羽田真毅、中村一隆
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(春日井キャンパス)愛知県春日井市
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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