時間分解光電子分光法のスリットレス化

• 研究課題/領域番号: 19KK0350
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石田 行章 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任講師 (30442924)
• 研究期間 (年度): 2020 – 2022
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
• キーワード: 角度分解光電子分光 / 仕事関数 / ファイバーレーザー / 表面第２高調波 / 光電子分光法 / フェムト秒域ファイバーレーザー / 表面第2高調波 / 時間分解光電子分光 / レーザー高調波 / 第二高調波発生 / 超高速現象 / 円二色性 / 光電子分光 / レーザー

研究開始時の研究の概要

2015年頃に光電子分析器に技術革命がおきた。従来の分析器によって一度に取り込める光電子はせいぜい１次元のスリットに入射するものであったが、このスリットないしその概念がなくなったものが登場し、２次元の立体角に放出される光電子を一度に取り込むことが可能となった。このスリットレス分析器にレーザー光源を組み込むことで、新しい時間分解光電子分光装置を建設する。スリットレス化によって初めて可能となる非線形光電子現象の探索や超高速非平衡現象の精査を実現する。

研究成果の概要

ソウル大学にあるISSP-CCES共同ラボにて以下を達成した：(1) 2台の時間分解能ARPESシステムを共同ラボへ移設した。(2) 通常の実験室環境でも安定に動作するフェムト秒域レーザー高調波光源を開発した。この光源をスリットレス光電子分析器に組みこみ、従来を1-2桁上回る精度で仕事関数を測定する新手法を実証した。(3) スリットレス分析器と円偏光レーザー高調波を用いて光電子立体角分布における円二色性を調べ、そのパターンの分類法を網羅した。(4)小型第2高調波検出器を開発し、遷移金属カルコゲナイドの一次相転移を観察した。(5) 手のひらサイズの1 MHzフェムト秒域パルスレーザを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題で得られた成果は、超高速分光学、レーザー技術、材料科学の領域に渡って意義をもち、ISSP-CCESの共同ラボにおけるさらなる国際共同研究を促進する。本研究期間中に開発した小型で汎用性のあるフェムト秒域パルスレーザー光源や装置は、光電子分光に限らず様々な科学・技術分野で進歩とイノベーションを推進すると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] IBS-CCES(韓国) (2020)
• [雑誌論文] A new category of “Aha!” driven by touch: A grip sensation into the directional seam on a baseball (2023)
  • 著者名/発表者名: Yukiaki Ishida
  • 雑誌名: i-Perception 巻: 14 号: 3 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1177/20416695231175598
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrafast probes of photovoltage and two-dimensional electron gas in the topological insulator Bi2Te3 by angle-resolved photoemission and terahertz spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Bumjoo Lee, Yukiaki Ishida, Jonghyeon Kim, Jinsu Kim, Na Hyun Jo, So Yeun Kim, Inho Kwak, Min-Cheol Lee, Kyungwan Kim, Jae Hoon Kim, Myung-Hwa Jung, Shik Shin, Tae Won Noh, and Hyunyong Choi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 19 ページ: 195430-195430
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.195430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of the sample work function on alkali metal dosing induced electronic structure change (2021)
  • 著者名/発表者名: Saegyeol Jung, Yukiaki Ishida, Minsoo Kim, Masamichi Nakajima, Shigeyuki Ishida, Hiroshi Eisaki, Woojae Choi, Yong Seung Kwon, Jonathan Denlinger, Toshio Otsu, Yohei Kobayashi, Soonsang Huh, Changyoung Kim
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 249 ページ: 147045-147045
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2021.147045
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A compact and stable incidence-plane-rotating second harmonics detector (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim S. H.、Jung S.、Seok B.、Kim Y. S.、Park H.、Otsu T.、Kobayashi Y.、Kim C.、Ishida Y.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 号: 4 ページ: 043905-043905
  • DOI: 10.1063/5.0047337
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Work function seen with sub-meV precision through laser photoemission (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishida Y.、Jung J. K.、Kim M. S.、Kwon J.、Kim Y. S.、Chung D.、Song I.、Kim C.、Otsu T.、Kobayashi Y.
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 3 号: 1 ページ: 158-158
  • DOI: 10.1038/s42005-020-00426-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [備考] Measuring the work function precisely
  • URL: https://engineeringcommunity.nature.com/posts/measuring-the-work-function-precisely