超短パルス軟Ｘ線分光法によるディラックフェルミオンの超高速ダイナミクスの研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15J11895
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 染谷 隆史 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• キーワード: グラフェン / キャリアダイナミクス / 超高速分光 / 時間分解光電子分光法 / 電荷移動ダイナミクス

研究実績の概要

グラフェンはわずか炭素原子一層からなる究極のナノ材料であり、優れた電子・光特性を有することから、次世代の光電子デバイス材料として有望視されている。我々はこれまでデバイス動作の基礎となるグラフェンの光応答の研究を行い、フェムト秒（千兆分の一秒）という極めて短い時間スケールでの超高速キャリアダイナミクスを明らかにした。本年度はその延長として、グラフェンと半導体の接合系での電荷移動ダイナミクスの追跡を行い、フェムト秒からマイクロ秒（百万分の一秒）に渡る包括的なキャリアダイナミクス研究を試みた。
SiC（シリコンカーバイド）熱分解法はSiCの加熱というシンプルなプロセスで大面積・高品質なグラフェンシートを作成できることから、工業利用に適した手法である。グラフェンの成長基板となるSiCの最表面には、Siで終端されたSi面とCで終端されたC面の二種類が存在し、それぞれで異なった界面状態を持つグラフェンが得られることが知られている。
そこで我々はSi終端面上グラフェン（Si面グラフェン）とC終端面上グラフェン（C面グラフェン）のキャリアダイナミクスを調べ、その時間構造および界面状態がダイナミクスに及ぼす影響を時間分解光電子分光法により調べた。その結果、グラフェンとSiC基板は共通であるのに関わらず、Si面グラフェンとC面グラフェンでキャリアダイナミクスの緩和時間が大きく異なり、界面状態での緩和が示唆される結果が得られた。Si面およびC面グラフェンにおける界面状態密度とグラフェンの状態密度を見積もったところ、Si面グラフェンでは界面状態でのキャリア再結合、C面グラフェンではグラフェン内でのキャリア再結合が緩和時間を決めていることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] Resonant magneto-optical Kerr effect measurement system with polarization analysis using a high harmonic generation laser (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Sh.、Oumbarek D.、Fujisawa M.、Someya T.、Takahashi Y.、Yamamoto T.、Ishii N.、Yaji K.、Yamamoto S.、Kanai T.、Okazaki K.、Kotsugi M.、Itatani J.、Shin S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 222 ページ: 68～73
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.elspec.2017.09.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antiphase Fermi-surface modulations accompanying displacement excitation in a parent compound of iron-based superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Kozo、Suzuki Hakuto、Suzuki Takeshi、Yamamoto Takashi、Someya Takashi、Ogawa Yu、Okada Masaru、Fujisawa Masami、Kanai Teruto、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Nakajima Masamichi、Eisaki Hiroshi、Fujimori Atsushi、Shin Shik
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 121107
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.121107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of supercollision carrier cooling in high mobility graphene on SiC(000-1) (2017)
  • 著者名/発表者名: Someya Takashi、Fukidome Hirokazu、Watanabe Hiroshi、Yamamoto Takashi、Okada Masaru、Suzuki Hakuto、Ogawa Yu、Iimori Takushi、Ishii Nobuhisa、Kanai Teruto、Tashima Keiichiro、Feng Baojie、Yamamoto Susumu、Itatani Jiro、Komori Fumio、Okazaki Kozo、Shin Shik、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 165303
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.165303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast melting of spin density wave order in BaFe2As2 observed by time- and angle-resolved photoemission spectroscopy with extreme-ultraviolet higher harmonic generation (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H.、Okazaki K.、Yamamoto T.、Someya T.、Okada M.、Koshiishi K.、Fujisawa M.、Kanai T.、Ishii N.、Nakajima M.、Eisaki H.、Ono K.、Kumigashira H.、Itatani J.、Fujimori A.、Shin S.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 165112
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.165112
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-edge resonant magneto-optical Kerr effect of a buried Fe nanofilm (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y.、Taguchi M.、Akai H.、Yamamoto Sh.、Someya T.、Hirata Y.、Takubo K.、Araki M.、Fujisawa M.、Yamamoto K.、Yokoyama Y.、Yamamoto S.、Tsunoda M.、Wadati H.、Shin S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 134432
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.134432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond to picosecond transient effects in WSe2 observed by pump-probe angle-resolved photoemission spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Liu Ro-Ya、Ogawa Yu、Chen Peng、Ozawa Kenichi、Suzuki Takeshi、Okada Masaru、Someya Takashi、Ishida Yukiaki、Okazaki Kozo、Shin Shik、Chiang Tai-Chang、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 15981
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16076-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determination of the element-specific complex permittivity using a soft x-ray phase modulator (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y.、Hirata Y.、Miyawaki J.、Yamamoto S.、Akai H.、Hobara R.、Yamamoto Sh.、Yamamoto K.、Someya T.、Takubo K.、Yokoyama Y.、Araki M.、Taguchi M.、Harada Y.、Wadati H.、Tsunoda M.、Kinjo R.、Kagamihata A.、Seike T.、Takeuchi M.、Tanaka T.、Shin S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 214417
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.214417
  • 査読あり
• [学会発表] グラフェン/SiC界面における電荷移動ダイナミクスの追跡 (2017)
  • 著者名/発表者名: 染谷隆史，吹留博一，山本達，遠藤則史，鈴木剛， 道前翔矢，渡邊真莉，山本貴士，藤澤正美，金井輝人， 石井順久，飯盛拓嗣，小森文夫，板谷治郎，岡崎浩三， 辛埴，松田巌
  • 学会等名: 第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] Tracing charge transfer dynamics at graphene/SiC(0001) interface (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Someya, Hirokazu Fukidome, Susumu Yamamoto, Norifumi Endo, Takeshi Suzuki, Shoya Michimae, Mari Watanabe, Takashi Yamamoto, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Takushi Iimori, Fumio Komori, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Iwao Matsuda
  • 学会等名: 第53回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Intrinsic carrier cooling in high mobility graphene on SiC(000-1) (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Someya, H. Fukidome, H. Watanabe, T. Yamamoto, M. Okada, H. Suzuki, Y. Ogawa, T. Iimori, N. Ishii, T. Kanai, K. Tashima, B. Feng, S. Yamamoto, J. Itatani, F. Komori, K. Okazaki, S. Shin, I. Matsuda
  • 学会等名: Ultrafast Surface Dynamics 10
  • 国際学会