フェムト秒の分解能を有する走査プローブ顕微鏡の開発およびその応用

• 研究課題/領域番号: 22686005
• 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: 武内 修 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20361321)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 26,130千円 (直接経費: 20,100千円、間接経費: 6,030千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2011年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2010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 / 超精密計測 / ナノ材料 / １分子計測(SMD) / 表面・界面物性 / 光物性 / スピン物性(半導体) / 1分子計測(SMD)

研究概要

従来の時間分解走査トンネル顕微鏡装置は、測定の繰り返し間隔が1マイクロ秒程度もあるために、高速な現象を測定しようとすればするほど信号強度が低下してしまう問題を抱えていた。この問題を解決するため2つの新たな測定方式、光路切換型遅延時間変調法と偏光変調法を考案し、それぞれ動作の実証を行った。特に後者を用いることで、GaAs試料表面における電子スピンの緩和時定数 ~5 ps を観測することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Single-Atomic-Level Probe of Transient Carrier Dynamics by Laser-Combined Scanning Tunneling Microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 3 ページ: 32401-32401
  • DOI: 10.7567/apex.6.032401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Probing of Transient Photocurrent Dynamics in p-WSe2 by Time-Resolved Scanning Tunneling Microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 1 ページ: 16601-16601
  • DOI: 10.7567/apex.6.016601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscale probe of transient carrier dynamics modulated in GaAs-PIN junction by laser-combined scanning tunneling microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida, Y.Terada, R.Oshima, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 2012,4 号: 3 ページ: 757-761
  • DOI: 10.1039/c2nr11551d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-Combined Scanning Tunneling Microscopy on the Carrier Dynamics in Low-Temperature-Grown GaAs/AlGaAs/GaAs (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Terada, S.Yoshida, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 雑誌名: Advances in Optical Technologies 巻: 2011 ページ: 510186-510186
  • DOI: 10.1155/2011/510186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Terada, S. Yoshida, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 4, 12 号: 12 ページ: 869-869
  • DOI: 10.1038/nphoton.2010.235
  • NAID: 120007130610
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-combined STM for probing ultrafast transient dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Terada
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 22
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of defects buried in pentacene/alkanethiol self-assembled monolayer/Au film on its electronic properties visualized by scanning tunneling microscopy/spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Terada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Terada
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 4 ページ: 869-874
  • 査読あり
• [学会発表] 時間分解STMによる電子スピン寿命計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 昭二
  • 学会等名: 2013年第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 単一分子接合の形状変化が伝導に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村美紀
  • 学会等名: 2013年第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 時間分解STMによる電子スピン寿命計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 昭二，相澤 優太，武内 修，目良 裕，重川 秀実
  • 学会等名: 2013年 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 単一分子接合の形状変化が伝導に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村美紀、吉田昭二、中村徹、目良裕、武内修、重川秀実
  • 学会等名: 2013年 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 時間分解STMを用いたp型WSe2のキャリアダイナミクス計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田昭二、岩田康史、岸澤利彦、寺田康彦、武内修、重川秀実
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 半導体測定における時間分解STM信号の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 横田統徳、吉田昭二、武内修、重川秀実
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 時間分解STM:パルスレーザの干渉が及ぼすトンネル電流への影響の軽減 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岸澤利彦、小室亘、吉田昭二、武内修、重川秀実
  • 学会等名: 2012年春季第69回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 半導体測定における時間分解STM信号の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 横田 統徳
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
• [学会発表] Probing Carrier Dynamics Modulated by Atomic-Scale Impurities in GaAs by Femto-Second Time-Resolved Scanning Tunneling Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Shoji Yoshida, Munenori Yokota, Osamu Takeuchi, Hidemi Shigekawa
  • 学会等名: International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T2012)
  • 発表場所: Paris,France
• [学会発表] Mechanical Conductance Regulation of Si Based Single Molecular Junction (2012)
  • 著者名/発表者名: Shoji Yoshida, Munenori Yokota, Osamu Takeuchi, Hidemi Shigekawa
  • 学会等名: International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T2012)
  • 発表場所: Paris,France
• [学会発表] 時間分解STMを用いた表面キャリアダイナミクス計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 相澤 優太、横田 統徳、吉田 昭二、武内 修、重川 秀実
  • 学会等名: 2012年 秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区, 松山大学文京キャンパス
• [学会発表] Reversible conductance regulation of Si-based single-molecule junction by STM point-contact method (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nakamura, S. Yoshida, T. Nakamura, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 学会等名: 14th Vibrations at Surfaces (VAS14)
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Study on (NH4)2S-treated GaAs(001) Surface by Time-resolved Scanning Tunneling Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Oigawa, M. Yokota, T. Kishizawa, S. Yoshida, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
  • 発表場所: 沖縄かりゆしアーバンリゾート・ナハ
• [学会発表] Probing Electron Spin Dyamics by Time Resolved STM (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, Y. Aizawa, O. Takeuchi, Y. Mera and, H. Shigekawa
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
  • 発表場所: 沖縄かりゆしアーバンリゾート・ナハ
• [学会発表] Origin of SPPX-STM signals from semiconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yokota, S. Yoshida, Y. Mera, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
  • 発表場所: 沖縄かりゆしアーバンリゾート・ナハ
• [学会発表] Mechanically controllable single molecular conductance by changing molecular conformation (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nakamura, S. Yoshida, T. Nakamura, Y.Mera, O. Takeuchi, and, H. Shigekawa
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
  • 発表場所: 沖縄かりゆしアーバンリゾート・ナハ
• [学会発表] Nanoscale Evaluation of Organic Solar Cells by Light-Modulated Scanning Tunneling Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai, H. Kato, S. Yoshida, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
  • 発表場所: 沖縄かりゆしアーバンリゾート・ナハ
• [学会発表] Circularly-polarized light modulation for the detection of spin dynamics by Time Resolved STM (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aizawa, S. Yoshida, Y. Mera, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
  • 発表場所: 沖縄かりゆしアーバンリゾート・ナハ
• [学会発表] Time-resolved STM on carrier dynamics at metal-nanoparticle/GaAs(110) (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida, W.Omuro, M.Yokota, Y.Terada, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM19)
  • 発表場所: 北海道 洞爺湖万世閣
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Laser-combined STM study on bulk-hetero junction organic solar cell (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ochiai, N.Takeuchi, S.Yoshida, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM19)
  • 発表場所: 北海道 洞爺湖万世閣
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Optical excitation dependence of carrier relaxation processes appearing in SPPX-STM on semiconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yokota, K.Narita, Y.Terada, S.Yoshida, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM19)
  • 発表場所: 北海道 洞爺湖万世閣
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Removal of interference artifact in time-resolved STM by means of precise phase control of laser pulses (2011)
  • 著者名/発表者名: Wataru Omuro, Toshihiko Kishizawa, Osamu Takeuchi, Hidemi Shigekawa
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM19)
  • 発表場所: 北海道 洞爺湖万世閣
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Carrier dynamics of p-Wse_2 measured by time-resolved STM (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kishizawa, Y.Iwata, M.Yokota, S.Yoshida, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM19)
  • 発表場所: 北海道 洞爺湖万世閣
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] 時間分解STMによるGaAs上金属誘起ギャップ準位のキャリア捕獲時間計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小室亘, 高橋直希, 横田統徳, 寺田康彦, 吉田昭二, 武内修, 重川秀実
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] SPPX-STMで観測されるキャリア緩和過程の物理モデルの検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 横田統徳、成田和繁、吉田昭二、寺田康彦、武内修、重川秀実
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] Local characterization of defect distribution on organic EL device by using STM (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Tamachi, T.Kurita, A.Taninaka, K.Kanazawa, O.Takeuchi, H.Shigekawa
  • 学会等名: Symposium on Surface Science-Towards Nano-, Bio-, and Green Innovation-(ISSS-6)
  • 発表場所: Tower Hall Funabori(東京都)
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] 時間分解STMで観測される半導体の光キャリア緩和過程と物理モデルの検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 横田統徳
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-24
• [学会発表] STMを用いた有機ELデバイスの表面構造と発光分布評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田町考至
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 有機薄膜太陽電池の光励起STM (2011)
  • 著者名/発表者名: 落合貴大
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 時間分解STMによる金属ナノ粒子/GaAs構造のキャリア捕獲時間計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 横田統徳, 小室亘, 高橋直希, 寺田康彦, 吉田昭二, 武内修, 重川秀実
  • 学会等名: 第31回 表面科学 学術講演会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
• [学会発表] Time Resolved Scanning Tunneling Microscopy ; Principles of Measurement (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Narita
  • 学会等名: 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 熱川ハイツ(静岡県)
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] Time resolved Scanning Tunneling Microscopy Results (2010)
  • 著者名/発表者名: Munenori Yokota
  • 学会等名: 18th International Colloquium on Scanning ProbeMicroscopy
  • 発表場所: 熱川ハイツ(静岡県)
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] Time resolved Scanning Tunneling Microscopy : Results (2010)
  • 著者名/発表者名: Munenori Yokota
  • 学会等名: 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 熱川ハイツ(静岡県)
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] Time Resolved Scanning Tunneling Microscopy : Instruments (2010)
  • 著者名/発表者名: Wataru Omuro
  • 学会等名: 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 熱川ハイツ(静岡県)
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] 局在ギャップ準位におけるキャリア捕獲過程の時間分解STM計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 石川智康
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会第51回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター/体育館
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] ギャップ内準位を介したキャリアダイナミックスの時間分解STM (2010)
  • 著者名/発表者名: 横田統徳
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] パルス対励起型STMによる硫黄処理GaAs(001)表面のキャリアダイナミックスと基板依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大井川治宏
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] Carrier capture dynamics at localized gap states of Co nanoparticles grown on GaAs(110) probed by time-resolved STM (2010)
  • 著者名/発表者名: Munenori Yokota
  • 学会等名: 4th AEARU Advanced Materials Science Workshop
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2010-09-01
• [学会発表] 時間分解STMによる電子スピン寿命計測
  • 著者名/発表者名: 吉田 昭二，武内 修，重川 秀実
  • 学会等名: 平成２５年度筑波大=KEK連携推進事業研究会
  • 発表場所: 筑波大学
• [学会発表] 新奇分子デバイス機能の創出へ向けた単一分子伝導の精密計測とナノスケール制御
  • 著者名/発表者名: 中村 美紀, 吉田 昭二，目良裕，武内 修，重川 秀実
  • 学会等名: 第6回つくばナノテク拠点シンポジウム
  • 発表場所: 東京国際フォーラムガラス棟
• [備考]
  • URL: http://dora.bk.tsukuba.ac.jp/
• [備考] http://dora.bk.tsukuba.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://dora.bk.tsukuba.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://dora.bk.tsukuba.ac.jp/
• [産業財産権] ポンププローブ測定装置 (2011)
  • 発明者名: 重川秀実、武内修
  • 権利者名: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 公開番号: 2013-032993
  • 出願年月日: 2011-08-02