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本研究の目的は、固体分光計測において高い空間分解能を有する走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)の小型化を図ることで、外部装置との整合性を高め、空間的な多次元化を実現することである。本年度は標準的なSNOMの製作と、その自動制御系の立ち上げを行った。分光計測を自動化するために、GPIBとADボードを用いることでSNOM走査系と励起分光系のコンピューター制御を実現した。
製作したSNOMを評価するために、半導体量子ナノ構造を用いた分光計測を行った。SNOMにおいては個々のナノ構造を調査することが可能であり、閉じ込めを反映した狭い線幅をもつ発光が観測される。したがって発光スペクトルを利用することで、より精密な測定が可能となる。すなわち正確なエネルギーの物差しを用いて、ナノ構造の光学特性を詳細に調べることが可能となる。さらにSNOMによる分光イメージングでは、ナノ構造を通して周囲の局所的な光物性を検出することが可能となる。これは局所的なセンサー、いわばナノセンサーというべき役割をもつ。ここでは本年度研究成果である半導体量子ドット(QD)のフォノンイメージングの結果を簡潔に記す。QDの0次元性を利用することで、QDの周囲に熱浴として存在する格子場のイメージングが可能となる。QDのキャリアと光学フォノンの相互作用は、光学フォノンのエネルギー分散が小さいため、キャリアの緩和に大きな寄与は無いと考えられていた。しかしながら自己形成QDでは、その良質なへテロ界面の存在と、非常に大きな閉じ込めの存在のために、周囲にあるフォノンとの結合が強まる。この様子は近接場イメージングによって明らかとなる。結果から緩和エネルギー36meV付近に存在するすべてのQDが共鳴的に発光している様子が確認された。これはGaAs半導体の縦光学フォノンのエネルギーに相当し、この領域に存在するすべてのQDに対して共鳴していることからフォノンとキャリアの強い結合が示唆される。
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