デラフォサイト型銅酸化物における励起子の光学的シュタルク効果

• 研究領域: 半導体における動的相関電子系の光科学
• 研究課題/領域番号: 23104702
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 牧野 哲征 独立行政法人理化学研究所, 強相関界面デバイス研究チーム, 基幹研究所研究員 (70311363)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2011年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 励起子 / トライフェーズエピタキシー / バンドエッジ発光 / デラフォサイト型構造 / 透過型電子顕微鏡

研究実績の概要

デラフォサイト型銅酸化物CuScO2は、半導体層(Cu-O)と絶縁体層(Sc-O)からなる超格子構造を有する直接遷移型ワイドギャップp型半導体(バンドギャップ4.35 eV)であり、励起子(電子・正孔対)の結合エネルギーが非常に大きいという特徴がある。励起子準位に由来した1電子近似を超えた動的な効果がもたらす光学的な非線形性についてフェムト秒レーザーベースの時間分解差分透過率分光法を用いた検討を行なってきた。励起子の動的な効果とその他の外因的な効果を切り分けたより詳細な議論を可能にするためトライフェーズエピタキシー法を援用した測定試料(CuScO2)の改質を試みた。本法は、成長表面上でのビスマス系酸化物の固液共存相を経由した固化を利用した成長法である。改質の試行の結果、薄膜内の欠陥構造もしくは析出物の密度を有意の差を以て減らすことに成功し、低温での鋭い紫外バンド端発光の観測に至った。これはp型の直接型ワイドギャップ半導体では初となるこのような発光の観測である。また、時間分解差分透過率スペクトルを当該試料を対象として形状解析することで、励起直後から500 psまでの間の励起子高密度効果に関わる遮へい波数の逆数を実験的に定量することに成功した。光学的シュタルク効果を検討する上で基本となる物理量であると同時に、この効果を記述する上での特徴的な物理量に密接に関わるものであることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Magneto-photoluminescence of charged excitons from MgxZn1-xO/ZnO heterojunctons (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Makino, Y. Segawa, A. Tsukazaki, R. Shen, S. Takeyama, H. Yuji, Y. Nishimoto, S. Akasaka, D. Takamizu, K. Nakahara, T. Tanabe, A. Kamisawa, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.085312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast optical control of magnetization in EuO thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Makino, F. Liu,, T. Yamasaki, Y. Kozuka, K. Ueno,, A. Tsukazaki, T. Fukumura,, Y. Kong, and M. Kawasaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 号: 6 ページ: 644031-644034
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.064403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Time-Resolved Faraday Rotation in EuO Thin Films (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Liu, T. Makino, T. Yamasaki, K. Ueno,, A. Tsukazaki, T. Fukumura,, Y. Kong, and M. Kawasaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 108 号: 25 ページ: 2574011-2574015
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.257401
  • 査読あり
• [雑誌論文] High crystallinity CuScO_2 delafossite films exhibiting ultraviolet photoluminescence grown by vapor-liquid-solid tri-phase epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsubara, T.Makino, H.Hiraga, C.Chen, S.Tsukimoto, K.Ueno, Y.Kozuka, Y.Ikuhara, M.Kawasaki
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 5 号: 1 ページ: 11201-11201
  • DOI: 10.1143/apex.5.011201
  • NAID: 10030154569
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of the delafossite-type CuMO_2 (M=Sc, Cr, Mn, Fe, and Co) : Optical absorption measurements and first-principles calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Hiraga, T.Makino, T.Fukumura, H.M.Weng, M.Kawasaki
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 84 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.041411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic and electronic properties of ordered double-perovskite La2VMnO6 thin films (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshimatsu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.132411
  • 査読あり
• [学会発表] マンガン酸化物薄膜における超高速ポンプ・プローブ分光II (2013)
  • 著者名/発表者名: 牧野哲征，盛志高，中村優男，川崎雅司，十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス（広島県）
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] マンガン酸化物薄膜における超高速ポンプ・プローブ分光 (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Makino, S.Zhigao, M.Nakamura, M.Kawasaki, Y.Tokura
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] EuO薄膜における円偏光による超高速光磁気スイッチング (2012)
  • 著者名/発表者名: 牧野哲征、劉富才、山崎高志、上野和紀、塚崎敦、福村知昭、孔勇発、川崎雅司
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] デラフォサイト型CuScO_2薄膜の配向制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松原雄也, 牧野哲征, 陳春林, 着本享, 上野和紀, 小塚裕介, 塚崎敦, 幾原雄一, 川崎雅司
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] フォトルミネッセンスによるMgZnO薄膜の低Mg濃度の定量 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小塚裕介, ジョセフフォルソン, 瀬川勇三郎, 牧野哲征, デニスマリエンコ, 塚崎敦, 川崎雅司
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Optical properties of excitons in CuMO_2 delafossite-type oxide thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: 牧野哲征
  • 学会等名: Oxide-based Materials and Devices III, part of Photonics West 2012
  • 発表場所: モスコンセンター(サンフランシスコ・米国)(Invited Paper)(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-22
• [学会発表] デラフォサイト型銅酸化物における励起子の光学的シュタルク効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 牧野哲征
  • 学会等名: 半導体における動的相関電子系の光科学第6回DYCEシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
  • 年月日: 2012-01-05
• [学会発表] Transient photo-induced transmission in manganite films (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Makino，Z. Sheng，M. Nakamura，M. Kawasaki，Y. Tokura
  • 学会等名: FIRST QS2C Annual Meeting 2012
  • 発表場所: 理化学研究所 和光キャンパス (埼玉県)
• [学会発表] デラフォサイト型銅酸化物における励起子の光学的シュタルク効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 牧野哲征
  • 学会等名: 半導体における動的相関電子系の光科学第5回DYCEシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
• [学会発表] EuO薄膜における磁気光学分光II (2011)
  • 著者名/発表者名: 牧野哲征, 劉富才, 山崎高志, 上野和紀, 塚崎敦, 福村知昭, 孔勇発, 川崎雅司
  • 学会等名: 日本物理学会2011年年次・秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
• [学会発表] Ultrafast photo-induced switching in ordered oxide films (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Makino, F.Liu, K.Ueno, A.Tsukazaki, T.Fukumura, Y.F.Kong, S.Zhigao, M.Nakamura, M.Kawasaki, Y.Tokura
  • 学会等名: FIRST-QS2C Workshop on Emergent Phenomena of Correlated Materials
  • 発表場所: 万座リゾートホテル(沖縄県)
• [学会発表] Ultrafast spin dynamcis in ferromagnetic EuO (2011)
  • 著者名/発表者名: F.Liu, T.Yamazaki, T.Fukumura, Y.Ueno, A.Tsukazaki, T.Makino, M.Kawasaki
  • 学会等名: 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
  • 発表場所: 島根県立産業交流会館(島根県)
• [学会発表] ワイドギャップp型半導体CuScO_2薄膜の作製と物性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松原雄也、上野和紀、牧野哲征、川崎雅司
  • 学会等名: 日本物理学会2011年年次・秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
• [学会発表] ペロブスカイト型新物質EuMoO_3薄膜の輸送・磁気特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 関秀悦、スバンカーチャクラバティ、劉富才、小塚裕介、上野和紀、牧野哲征、川崎雅司
  • 学会等名: 日本物理学会2011年年次・秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
• [図書] ZnO Oxide Materials for Electronic and Optoelectronic Device Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Makino, M.Kawasaki, Y.Segawa, H.Koinuma
  • 総ページ数: 300
  • 出版者: Wiley-Berlin