テラヘルツ時間分解STMの開発

• 研究課題/領域番号: 16H05982
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 吉田 昭二 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90447227)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)
• キーワード: 走査プローブ顕微鏡 / テラヘルツ / 超高速分光 / 表面科学 / 走査トンネル顕微鏡 / 時間分解計測 / 超高速

研究成果の概要

本研究では高い時空間分解能を有する新しい時間分解顕微鏡THz-STMの開発を行った。高強度かつ高繰り返し周波数のTHzパルス発生技術と超高真空低温STM装置を組み合わせることでサブピコ秒の時間分解能、かつ原子分解能を両立した時間分解計測が可能になった。開発した装置を様々な試料表面の光誘起ダイナミクスの計測に応用し、二次元層状物質表面のキャリアダイナミクス、光誘起相転移をサブピコ秒時間分解能で計測することに成功し、有機薄膜中の電子輸送ダイナミクスのイメージングに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した時間分解THz-STMを用いて、超高速領域での光励起キャリアダイナミクスや電子状態の変化を原子レベルで捉えることに成功した。サブps時間分解能、原子分解能を両立した時間分解計測による表面ダイナミクスのイメージングが可能となり、今後様々な試料の光応答・ダイナミクスを原子・分子のスケールで解明できるようになると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Surface-mediated effect on electron spin dynamics probed by optical-pump-probe scanning tunneling microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Zi-han Wang, Cheul-hyun Yoon, Shoji Yoshida, Yusuke Arashida, Osamu Takeuchi, Yuzo Ohno and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 21 号: 14 ページ: 7256-7260
  • DOI: 10.1039/c8cp07786j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Externally triggerable optical pump-probe scanning tunneling microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Mogi, Wang Zihan, Kikuchi Ryusei, Cheul-hyun Yoon, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 12、2 号: 2 ページ: 025005-025005
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf8b2
  • NAID: 210000135565
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subcycle Transient Scanning Tunneling Spectroscopy with Visualization of Enhanced Terahertz Near Field (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Shoji、Hirori Hideki、Tachizaki Takehiro、Yoshioka Katsumasa、Arashida Yusuke、Wang Zi-Han、Sanari Yasuyuki、Takeuchi Osamu、Kanemitsu Yoshihiko、Shigekawa Hidemi
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 6 号: 6 ページ: 1356-1364
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00266
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous Heteroepitaxy of Two-Dimensional Heterostructures Based on Layered Chalcogenides (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yu、Yoshida Shoji、Maruyama Mina、Mogi Hiroyuki、Murase Kota、Maniwa Yutaka、Takeuchi Osamu、Okada Susumu、Shigekawa Hidemi、Miyata Yasumitsu
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 13 号: 7 ページ: 7527-7535
  • DOI: 10.1021/acsnano.8b07991
  • 査読あり
• [雑誌論文] New delay-time modulation scheme for optical pump?probe scanning tunneling microscopy (OPP-STM) with minimized light-intensity modulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Osamu、Mogi Hiroyuki、Wang Zi-Han、Yoon Cheul Hyun、Taninaka Atsushi、Yoshida Shoji、Shigekawa Hidemi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: SI ページ: SIIA12-SIIA12
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab1255
  • NAID: 210000156640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subcycle mid-infrared coherent transients at 4??MHz repetition rate applicable to light-wave-driven scanning tunneling microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka Katsumasa、Igarashi Ippo、Yoshida Shoji、Arashida Yusuke、Katayama Ikufumi、Takeda Jun、Shigekawa Hidemi
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 44 号: 21 ページ: 5350-5350
  • DOI: 10.1364/ol.44.005350
  • NAID: 120006773346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of laser-combined scanning multiprobe spectroscopy and application to analysis of WSe2/MoSe2 in-plane heterostructure (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Mogi, Zi-Han Wang, Takafumi Banba, Yuhei Takaguchi, Naohiko Endo, Shoji Yoshida, Atsushi Taninaka, Haruhiro Oigawa, Yasumitsu Miyata, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 12 号: 4 ページ: 045002-045002
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab09b9
  • NAID: 120007128101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of local conductance pathways in a single-molecule junction studied by three-dimensional dynamic probe method (2019)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, Yoshihiro Sugita, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 11 号: 13 ページ: 5951-5959
  • DOI: 10.1039/c9nr00717b
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Laser-combined Scanning Tunneling Microscopy and Its Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Hidemi Shigekawa and Shoji Yoshida
  • 雑誌名: Association of Asia Pacific Physical Societies 巻: 28 ページ: 9-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Externally triggerable optical pump-probe scanning tunneling microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Mogi, Wang Zihan, Kikuchi Ryusei, Cheul-hyun Yoon, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 1-2 ページ: 025005-025005
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2007.07.014
  • NAID: 210000135565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect of nitrogen lone-pair interaction on the conduction in a single-molecule junction with amine-Au bonding (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Sugita, Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 5222-5222
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22893-7
  • NAID: 120007134252
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy on MoS2 embedded nanowire formed in CVD-grown Mo1_xWxS2 alloy (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mogi, Y. Kobayashi, A. Taninaka, R. Sakurada, T. Takeuchi, S. Yoshida1, O. Takeuchi, Y. Miyata, H. Shigekawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 56 号: 8S1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.7567/jjap.56.08lb06
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of the Local Density of States of Carbon Nanotubes by Encapsulation of Europium Nanowires As Observed by Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Terunobu、Kitaura Ryo、Kawai Takazumi、Okada Susumu、Yoshida Shoji、Takeuchi Osamu、Shigekawa Hidemi、Shinohara Hisanori
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 121 号: 33 ページ: 18195-18201
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b04047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attractive Interaction between Mn Atoms on GaAs(110) Surface Observed by Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Taninaka, S. Yoshida, K. Kanazawa, E. Hayaki, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 2016, 8 号: 24 ページ: 12118-12122
  • DOI: 10.1039/c6nr02190e
  • NAID: 120007135303
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of Peierls-Hubbard Phase Transition in [Pd(cptn)2Br]Br2 Studied by Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Hosomi, S. Yoshida, A. Taninaka, T. Yoshida, S. Takaishi, O. Takeuchi, M. Yamashita, and H. Shigekawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 号: 8S1 ページ: 08NB16-08NB16
  • DOI: 10.7567/jjap.55.08nb16
  • NAID: 120007129519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of electrical potential and conductivity in an atomic-layer semiconductor heterojunction (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kobayashi, S. Yoshida, R. Sakurada, K. Takashima, T. Yamamoto, T. Saito, S. Konabe, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Maniwa, O. Takeuchi, H. Shigekawa, Y. Miyata
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 31223-31223
  • DOI: 10.1038/srep31223
  • NAID: 120007129481
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-space coherent manipulation of electrons in a single tunnel junction by single-cycle terahertz fields (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshioka, I. Katayama, Y. Minami, M. Kitajima, S. Yoshida, H. Shigekawa, and J. Takeda
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 10 号: 12 ページ: 762-765
  • DOI: 10.1038/nphoton.2016.205
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Revealing conformational dynamics in single-molecule junction by site- and angle-resolved dynamic probe method (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, A. Taninaka, Y. Sugita, T. Katayama, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 2016, 10 号: 12 ページ: 11211-11218
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b06278
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] sub-ps Snapshot of Electron Dynamics in an Organic Thin Film Captured by THz-STM (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, Y. Arashida, H. Hirori, T. Tachizaki, H. Ueno, I. Igarashi, Y. Shinomiya, O.Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 学会等名: 27th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解THz-STMによる光誘起ダイナミクスの計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田昭二, 廣理英基, 立崎武弘, 嵐田雄介, 吉岡克将, 四ノ宮慶保, 上野寛輝, 五十嵐一歩, 武内修, 重川秀実
  • 学会等名: 日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Ultrafast photo-induced dynamics probed by time resolved THz-STM (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, H. Hirori, T. Tachizaki, O. Takeuchi, H. Shigekawa
  • 学会等名: 2018 International Conference on Nanoscience + Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing the conformational dynamics in a single-molecule junction by site- and angle resolved dynamic probe method (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, T. Atsushi, Y. Sugita, O. Takeuchi, H. Shigekawa
  • 学会等名: 2018 International Conference on Nanoscience + Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrafast dynamics at surfaces probed by time resolved THz-STM (2018)
  • 著者名/発表者名: Shoji Yoshida, Hideki Hirori, Takehiro Tachizaki, Satoki Nagai, Yoshiyasu Shinomiya, Hiroki Ueno, Osamu Takeuchi and Hidemi Shigekawa
  • 学会等名: 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解 THz-STM による光誘起ダイナミクスの計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田昭二
  • 学会等名: 2018年日本真空表面学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 時間分解STMの開発と光励起ダイナミクス計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田昭二
  • 学会等名: 第2回日本表面科学会プローブ顕微鏡研究部会 合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] MoS2単原子層中Reドーパントの局所電子状態のSTM/STS計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田昭二、吉村真太郎、竹内高広、本田周太、植田暁子、武内修、宮田耕充、重川秀実
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 高強度THzパルスを用いた時間分解STMの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 廣理英基、吉田昭二、立崎武弘、長井聡紀、重川秀実
  • 学会等名: 2017年 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、神奈川県、横浜市
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 時間分解走査トンネル顕微鏡の開発と展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田 昭二, Zi-han Wang, 武内 修, 重川 秀実
  • 学会等名: 2016年 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟市、新潟県
  • 年月日: 2016-09-13
  • 招待講演