遷移金属ダイカルコゲナイド原子層のナノスケール伝導解析と新奇機能探索

• 研究課題/領域番号: 16J05238
• 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: ナノ構造物理
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 茂木 裕幸 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: 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: 遷移金属ダイカルコゲナイド / 光物性 / プローブ顕微鏡 / フェムト秒パルスレーザー / 多探針STM / 量子細線 / MOSFET / 4探針測定

研究実績の概要

本研究は、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)系材料のデバイス応用へ向けた局所的な伝導特性の光応答評価手法を用いた基礎研究である。今年度の研究実績は以下のようになった。
１．多探針STM装置(MP-STM)の改良として、前年度までに試料にダメージ・汚染を生じる電子顕微鏡(SEM)の代わりに長焦点距離の光学顕微鏡を配置する改善を行った。測定系応用として、対物レンズを通して光照射を行うことで、入射光を~2μm程度のスポット径まで絞れるようになった。また、スポット径が小さくなるに際し、ばね除震部の揺れにより光強度が不安定となるため、除震性能を強化し、揺れを数百nm程度まで低減できた。
２．改造した装置を用いて多層WSe2試料のキャリアダイナミクス計測を行った。これまで測定できなかったμｓの時間スケールで計測できる光学系を作成し、多層WSe2の本質的な再結合寿命を反映する ~1.5 μｓの成分を計測できた。以上の内容は、Applied physics express 誌へ掲載された。
３．以上により培った技術を用いて、研究計画に記載した絶縁体上の単層ヘテロ材料の2探針を用いた光励起計測を行った。単原子層面内のMoSe2/WSe2ヘテロ構造に対して、探針接触によるFET特性測定と連続光照射計測によるバンド構造の推定やフェムト秒パルスレーザー光を用いたキャリアダイナミクス計測を行った。今後、ナノスケールでの構造観察と合わせ、様々な起源が考えられている光応答との対応を明らかにしてゆく。以上の内容は、Applied physics express 誌へ掲載された。
４．バレーホール効果計測の、準備段階として、円偏光変調方式を用いてバレー偏極キャリアの寿命をとらえるための実験を行った。結果、nsスケールでのバレー偏極緩和由来の信号を得た。

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。

研究成果

• [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] 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] New delay time modulation sequence for optical-pump-probe STM with minimized light intensity fluctuation (2019)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi, Hiroyuki Mogi, Zi-han Wang, Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [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
• [学会発表] Local resistivity measurement by multiprobe scanning tunneling potentiometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Mogi, Takafumi Bamba, Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • 学会等名: 2018 International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Pump-probe Multiprobe Scanning Tunneling Microscopy on Transient Carrier Dynamics in Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Zi-Han Wang, Hiroyuki Mogi, Cheul-hyun Yoon, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi, Yuzo Ohno, and 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)
  • 国際学会
• [学会発表] Local Conductivity Measurement on a High Quality Graphite by Multi-probe Scanning Tunneling Potentiometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Mogi, Ibuki Kuroda, Yuki Kawashima, Mutsuaki Murakami, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi and 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)
  • 国際学会
• [学会発表] Two-probe Measurement of CVD grown WSe2 on SiO2/Si by Using Conductive AFM Cantilevers (2018)
  • 著者名/発表者名: Ibuki Kuroda, Hiroyuki Mogi, Yuhei Takaguchi, Yasumitsu Miyata, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi and 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)
  • 国際学会
• [学会発表] 多探針STM装置を用いた単層/2層WSe2の2探針伝導計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 茂木 裕幸，黒田 生喜，髙口 裕平，吉田 昭二, 宮田 耕充, 武内 修, 重川 秀実
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [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 (2018)
  • 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: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 多探針STMを用いた非破壊局所電気伝導評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 茂木 裕幸， 番場 隆文，武内 修, 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] 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 子函，髙口 裕平，番場 隆文，吉田 昭二, 宮田 耕充, 武内 修, 重川 秀実
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Transient Carrier Dynamics of WSe2 monolayer Observed by Multi-probe Optical Pump-probe STM (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mogi, Z. Wang, Y. Takaguchi, T. Bamba, S. Yoshida, Y. Miyata, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • 国際学会
• [学会発表] Detecting Ultrafast Carrier Dynamics of WSe2 monolayer by a Multi-probe Optical Pump-probe STM (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mogi, Z. Wang , Y. Takaguchi, T. Bamba, S. Yoshida, Y. Miyata, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of non-destructive local electrical conductivity measurement by using a multi-probe STM (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Bamba, H. Mogi, I. Kuroda, A. Taninaka, S. Yoshida, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 学会等名: 25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25)
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of MoS2 nanowire in Mo1-xWxS2 alloy monolayer studied by STM (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Mogi, S. Yoshida, Y. Kobayashi, Y. Miyata, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
  • 発表場所: ハワイコンベンションセンター、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Transient Dynamics of Low-dimensional TMDs Observed by Multi-probe Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Z.H. Wang, H. Mogi, T. Banba, S. Yoshida, Y. Miyata, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
  • 発表場所: ハワイコンベンションセンター、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Scanning tunneling potentiometry on FIB-deposited PtC pattern by using multi-probe STM (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Bamba, H. Mogi, S. Yoshida, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
  • 発表場所: ハワイコンベンションセンター、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrafast Carrier Dynamics in MoS2 Probed by Time-resolved Multi-probe Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Z.H. Wang, H. Mogi, T. Banba, S. Yoshida, Y. Miyata, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 物性研短期研究会
  • 発表場所: 東京大学・物性研究所、千葉県、柏市
  • 年月日: 2016-10-31
• [学会発表] Transient Dynamics of MoS2 Observed by Multi-probe Optical Pump-probe Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Z.H. Wang, H. Mogi, T. Banba, S. Yoshida, Y. Miyata, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 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
  • 発表場所: 東京大学理学部・化学館（化学本館）、東京都、文京区
  • 年月日: 2016-10-18
• [学会発表] イオンビーム誘起堆積法により作成したPt配線の多探針STP測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 茂木 裕幸，番場 隆文，武内 修，重川 秀実
  • 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
  • 発表場所: 東京大学理学部・化学館（化学本館）、東京都、文京区
  • 年月日: 2016-10-18
• [学会発表] イオンビーム誘起堆積法により作成したPt配線の局所電位測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 茂木 裕幸，番場 隆文，武内 修，重川 秀実
  • 学会等名: 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、新潟県、新潟市
  • 年月日: 2016-09-13
• [備考] 筑波大学重川・武内研究室ホームページ_成果報告
  • URL: http://dora.bk.tsukuba.ac.jp/ja/results.html
• [備考] 筑波大学 数理物質系 重川研究室
  • URL: http://dora.bk.tsukuba.ac.jp