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フェムト秒時間分解STMによる半導体低次元系の核スピンダイナミックス計測

研究課題

研究課題/領域番号 16J02215
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
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

汪 子涵  筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2016年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード時間分解走査トンネル顕微鏡 / スピンダイナミックス / 多探針走査トンネル顕微鏡 / 外部トリガー出来るレーザー
研究実績の概要

平成30年度(最終年度)の研究概要実績は以下の通りでした。
1.平成28年度開発した核スピンを計測する為にコア技術となる「ロックイン計測における変調方式」を時間分解STMに導入し、システム各部が期待通り動作出来ましたが、レーザースポットの空間位置不安定さより、データの再現性を低下させる問題が見つかりました。そこで光学系設計の改良とレーザー位置安定化制御装置の設計・導入をしました。
2.平成28年度開発した多探針時間分解STMシステムを改良し、安定性を向上させ、スピンダイナミックスの測定も可能となりました、二次元半導体の一つである遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDS)の平面ヘテロ接合の単層試料で、キャリア緩和時間測定を成功し、バレースピン緩和時間を観測しました。
3.従来のフェムト秒時間分解STMを元にして「外部トリガーできる(External Triggerable:ET)ダイオードレーザー」を用いた新たな時間分解STMシステムの開発に成功しました。新しいシステムの時間分解能は使っているダイオードレーザーのパルス幅より制限され8 ns程度にとどまるものの、システム構成は大幅に簡略化され、光学システムの導入コストが数千万円から数十万円へと大幅に削減しました。この新しい「ET時間分解STM」外部トリガーできるダイオードレーザー時間分解STMを用いて、間接遷移型半導体の一つである二セレン化タングステン(WSe2)の長いキャリア緩和時間(~μs)を観測できました。この「ET時間分解STM」は、用いるレーザー光源の選択によりピコ秒領域の時間分解能を得ることも可能であり、また逆にマイクロ秒領域の長いキャリア緩和時間の観測や、偏光変調機構と組み合わせることで電子スピンダイナミックの計測など、様々な分野に応用が可能な、画期的なものとなりました。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Surface-mediated effect on electron spin dynamics probed by optical-pump-probe scanning tunneling microscopy2019

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 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 microscopy2019

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of laser-combined scanning multiprobe spectroscopy and application to analysis of WSe2/MoSe2 in-plane heterostructure2019

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] [印刷中]New delay time modulation sequence for optical-pump-probe STM with minimized light intensity fluctuation2019

    • 著者名/発表者名
      Osamu Takeuchi、Hiroyuki Mogi、Zi-Han Wang、Atsushi Taninaka、Shoji Yoshida、Hidemi Shigekawa
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光ポンププローブSTM:光強度を変化させない遅延時間変調法2019

    • 著者名/発表者名
      武内修、Zi-Han Wang、茂木裕幸、Cheul Hyun Yoon、谷中淳、吉田昭二、重川秀実
    • 学会等名
      2019年 第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Surface Impurity Affected Electron Spin Dynamics in GaAs Probed by Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Zi-Han Wang、Hyun-Cheul Yoon、Shoji Yoshida、Osamu Takeuchi、Hidemi Shigekawa
    • 学会等名
      2018 International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical Pump-probe Multiprobe Scanning Tunneling Microscopy on Transient Carrier Dynamics in Semiconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Zi-Han Wang、Hiroyuku Mogi、Hyun-Cheul Yoon、Shoji Yoshida、Osamu Takeuchi、Yuzo Ohno、Hidemi Shigekawa
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14) & 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface Impurity Affected Electron Spin Dynamics in GaAs Probed by Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Zi-Han Wang、Hyun-Cheul Yoon、Shoji Yoshida、Osamu Takeuchi、Yuzo Ohno、Hidemi Shigekawa
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14) & 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron Spin Dynamics of GaAs Surface with Manganese Adatoms Measured by Optical Pump-Probe Scanning Tunneling Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Zi-Han Wang、Hyun-Cheul Yoon、Osamu Takeuchi、Hidemi Shigekawa
    • 学会等名
      2018年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 多探針時間分解STMを用いたWSe2単層のキャリアダイナミクス計測2017

    • 著者名/発表者名
      茂木 裕幸、汪 子涵
    • 学会等名
      2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Detecting Ultrafast Carrier Dynamics of WSe2 monolayer by a Multi-probe Optical Pump-probe STM2017

    • 著者名/発表者名
      茂木 裕幸、汪 子涵
    • 学会等名
      25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin Dynamics of GaAs surface with Magnetic Adatoms Probed by Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Wang Zihan
    • 学会等名
      25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25),
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of OPP-STM for coherent phonon measurement in Bi2Te2Se2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kishi, Z.H. Wang
    • 学会等名
      25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25),
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transient Carrier Dynamics of WSe2 monolayer Observed by Multi-probe Optical Pump-probe STM2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mogi, Zihan Wang
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [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、汪 子涵
    • 学会等名
      2016年 第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 2.Transient Dynamics of MoS2 Observed by Multi-probe Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Wang Zihan
    • 学会等名
      日本表面科学会関東支部 第4回関東支部セミナー
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 3.Ultrafast Carrier Dynamics in MoS2 Probed by Time-resolved Multi-probe Scanning Tunneling Microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Wang Zihan
    • 学会等名
      物性研短期研究会「走査トンネル顕微鏡による物性研究の現状と展望」
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 1.Transient Dynamics of Low-dimensional TMDs Observed by Multi-probe Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Wang Zihan
    • 学会等名
      24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 光出力システム、測定システム、光学的ポンプ・プローブ走査トンネル顕微鏡システム、演算器、プログラム2018

    • 発明者名
      重川秀実、武内修、汪 子涵
    • 権利者名
      重川秀実、武内修、汪 子涵
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-233878
    • 出願年月日
      2018
    • 取得年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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