| 研究課題/領域番号 |
23K23228
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01960 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
荒船 竜一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (50360483)
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| 研究分担者 |
高木 紀明 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50252416)
石田 浩 日本大学, 文理学部, 教授 (60184537)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
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| キーワード | 表面分光 / 二光子光電子分光 / モアレ構造 / レーザー光電子分光 / 走査トンネル分光 / エムベッディッド・ グリーン関数法 / 表面超構造 / 電子ダイナミクス / 表面 / 光励起電子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二光子光電子分光と走査型トンネル顕微鏡を用いて、モアレ構造と モアレ・ポテンシャルの空間分布、バンド構造の変化や励起電子の緩和時間といったダイナ ミクスを測定する。実験と直接比較できる理論計算を通して、モアレ導入による光励起電子 のダイナミクスの変化と原子配列、モアレ・ポテンシャルの関係を解明する。
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| 研究実績の概要 |
異なる周期をもつ2次元系を重ね合わせたとき、元来の系が持つ格子間隔より長周期のモアレ構造が生じる。電子はそれぞれの２次元系で動いていた状態とは異なり、長周期構造によって導入されるモアレ・ポテンシャルに束縛され、バンド構造が変調される。その結果、光励起電子のダイナミクスやエキシトン形成など系の光学特性が変わると期待される。運動量空間における価電子・伝導帯両方の電子特性と、実空間におけるモアレ・ポテンシャル分布の相関は、モアレ構造とその光学特性の関係を理解する上で重要である。本研究は二光子光電子分光と走査型トンネル顕微鏡、実験と直接比較できる半無限固体表面の密度汎関数計算による理論解析を駆使して、電子バンド構造と光励起電子の緩和過程、およびモアレ・ポテンシャルの空間分布を調べる。これらの関係を明らかにすることによって、モアレ構造を用いた光学特性の定量的なチューニングに必要な指導原理が与えられる。
今年度は、表面系としてXe/Ir(001)について二光子光電子分光を行い解析した。通常のスパッタリング・アニーリングサイクルではIr(001)-(5x1)となることが知られている。この表面にXeを蒸着して仕事関数を下げ、鏡像準位の観測に成功した。(5x1)表面では、バンド・ギャップが観測された。このIr(001)-(5x1)に水素処理、酸素処理を行うことによってIr(001)-(1x1)となる。あわせてXe/Ir(001)-(1x1)についても二光子光電子スペクトルを測定し、このエネルギーギャップが消失することを発見した。この結果は超構造に由来するポテンシャルの変化に起因した電子ダイナミクスの変化によると解釈でき、解析を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
サンプル準備にいくつかの問題が発生し、実験装置の修理等で一定程度の時間がとられてしまったが、概ね当初の計画通りに、研究は推移している。
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| 今後の研究の推進方策 |
二光子光電子分光はフェムト秒オーダの高い時間分解能で励起電子・ホールの緩和過程を測定できる特長を持つ。上述したようにモアレ・ブロッホ・バンドはオリジナルの電子バンドに比べフラットである。モアレ・ポテンシャルに由来するエネルギー・ギャップの形成も併せて考えると、伝導帯におけるモアレ・ブロッホ・バンド中の電子は寿命が長いと期待できる。励起電子の緩和時間の実時間測定を通してこの仮説を検証する。
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