• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

ナノ空間コヒーレント熱・電子伝播計測システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K22100
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
研究機関横浜国立大学

研究代表者

武田 淳  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60202165)

研究分担者 嵐田 雄介  筑波大学, 数理物質系, 助教 (30715181)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワードグラフェン / コヒーレントフォノン / 走査トンネル顕微鏡 / フォノン / 伝播計測 / コヒーレント / ディラック電子 / フォノニック結晶
研究開始時の研究の概要

「より微細化した構造の中でいかに熱(フォノン)を制御し高速で電子を操作するか」は、次世代ナノデバイス・熱電変換デバイスの開発にとって避けては通れない命題である。本研究課題では、位相制御テラヘルツ走査トンネル顕微鏡(THz-STM)・広帯域コヒーレントフォノン分光の基盤技術に波形整形技術や光ポンプ光学系を組み込み、極微かつ超高速でフォノン・電子のコヒーレントな伝播特性を可視化する「ナノ空間熱・電子伝播計測技術」を開発する。グラフェンフォノニック結晶(G-PnC)を試料とし、フォノンの波動的伝播をGHz帯から10 THzに及ぶ広帯域で制御し、付随するディラック電子の輸送特性をナノスケールで操作する技術を開拓する。

研究成果の概要

ナノスケールかつ超高速で熱フォノン・電子伝播を自在に制御する処方箋を構築することは、次世代のナノフォトニクス・熱電変換デバイスの開発にとって必要不可欠である。そこで本研究課題では、広帯域(顕微)コヒーレントフォノン分光、テラヘルツ駆動の走査トンネル顕微鏡を開発した。また2つの手法を駆使し、多層グラフェンの高周波フォノンの電子・格子相互作用の膜厚依存性、単層グラフェンの超高速光学応答のフェルミレベル依存性、周期的孔構造を持つグラフェンフォノニック結晶の電子状態を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

次世代のナノフォトニクス・熱電変換デバイスとして期待されるグラフェンの高周波フォノンの伝播ダイナミクスや電子・フォノン相互作用、また周期的孔構造をもつグラフェンフォノニック結晶の電子状態はこれまで明らかではなかった。本研究で開発した広帯域(顕微)コヒーレントフォノン分光とテラヘルツ電場駆動走査トンネル顕微鏡を駆使することにより、これまで未知であったグラフェンのフォノンダイナミクスやバイアス印可時の超高速光学応答、新規のナノグラフェン物質の電子状態を明らかにすることができた。これらの基礎特性は、今後、グラフェン関連物質の応用研究に極めて重要である。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Singapore/National University of Singapore(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] National University of Singapore(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Ultrafast optical modulation of Dirac electrons in gated single-layer graphene2020

    • 著者名/発表者名
      Katayama Ikufumi、Inoue Kei-ichi、Arashida Yusuke、Wu Yang、Yang Hyunsoo、Inoue Taiki、Chiashi Shohei、Maruyama Shigeo、Nagao Tadaaki、Kitajima Masahiro、Takeda Jun
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 24 ページ: 245408-245408

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.245408

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Ge2Sb2Te5薄膜のLIPSS形成におけるマルチパルス超高速ダイナミクスの観測2021

    • 著者名/発表者名
      小林真隆、嵐田雄介、浅川寛太、金島圭佑、小西邦昭、湯本潤司、五神 真、武田 淳、片山郁文
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Ultrafast Dynamics in Ge2Sb2Te5 Thin Films during Laser-Induced Successive Surface Modification2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, Y. Arashida, K. Asakawa, K. Konishi, J. Yumoto, M. Kuwata-Gonokami, J. Takeda, and I. Katayama
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on Ultrafast Phenomena 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低温下におけるビスマス中ディラック電子のサブサイクルTHz分光:相対論的加速効果とツェナートンネリング2020

    • 著者名/発表者名
      金島圭佑、萩原俊雄、青井一右、柴田准希、O. S. Handegard、長尾忠昭、嵐田雄介、武田 淳、片山郁文
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光励起-中赤外STMによる時間分解トンネル電流測定2020

    • 著者名/発表者名
      五十嵐一歩,石川雅士,山本祐揮,嵐田雄介,吉田昭二,武内修,重川秀実
    • 学会等名
      2020年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 表面電子系の高強度THz現象解明へ向けた超高真空THz-STMの開発2020

    • 著者名/発表者名
      小玉暢之、嵐田雄介、浅川寛太、金島圭佑、片山郁文、武田 淳
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of Low-Temperature THz-Driven Scanning Tunneling Microscope2019

    • 著者名/発表者名
      K. Asakawa, K. Kimura, Y. Morinaga, K. Yoshioka, M. Horikawa, Y. Arashida, H. Imada, I. Katayama, Y. Kim, and J. Takeda
    • 学会等名
      International Symposium on Hybride Quantum System 2019 (HQS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrafast Electron Manipulation Using THz Scanning Tunneling Microscopy With Tailor-Made Near Fields2019

    • 著者名/発表者名
      J. Takeda, K. Yoshioka, Y. Arashida, and I. Katayama
    • 学会等名
      International Photonics and OptoElectronics Meetings (POEM 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] パルステラヘルツ近接場によるナノスケール・超高速トンネル電子制御2019

    • 著者名/発表者名
      片山郁文、吉岡克将、武田 淳
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 武田・片山研究室

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 武田・片山・金島研究室

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi