テラヘルツナノスコピーによる非平衡ダイナミクスの解析

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16F16065
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 梶原 優介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60512332)
• 研究分担者: WENG QIANCHUN 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2016-10-07 – 2019-03-31
• キーワード: 近接場顕微鏡 / テラヘルツ波 / エバネッセント波 / 非平衡現象 / 格子温度 / 電子温度

研究実績の概要

本年度はGaAs/AlGaAs二次元電子系，および金属細線における非平衡現象観測を目的として研究を進めた．まず，GaAs/AlGaAs二次元電子系の狭窄部（500nm程度の幅）を作製し，狭窄部に対して交流バイアスを印加して変調電流を発生させ，その電流による電子の振舞いを，パッシブ型のTHz近接場顕微鏡を用いて観察した．具体的には，20nmの曲率半径を持つタングステンの先鋭探針の先端において物質のダイナミクスを反映したTHzエバネッセント波を散乱させ，超高感度THz検出器CSIPにて信号検出を行った．当該実験では，二次元電子系の狭窄部における過剰雑音（ホットエレクトロン）が観測された．ナノスケールのホットエレクトロン分布観察は史上初であり，Science誌に投稿・採択されるに至っている．加えて，金属細線上の非平衡現象観測も試み，ナノスケール分解能による格子温度のイメージングにも成功している．本内容もNano Letters氏に投稿・採択されている．加えて，パッシブ近接場顕微鏡，アクティブ近接場顕微鏡，サーマル原子間力顕微鏡の違いを実験的に注意深く調査し，パッシブ近接場顕微鏡のみが電子温度，格子温度をナノスケールで検出できることを明らかにしている．

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Imaging of nonlocal hot-electron energy dissipation via shot noise (2018)
  • 著者名/発表者名: Qianchun Weng, Susumu Komiyama, Le Yang, Zhenghua An, Pingping Chen, Svend-Age Biehs, Yusuke Kajihara, Wei Lu
  • 雑誌名: Science 巻: 360 ページ: 775-778
  • DOI: 10.1126/science.aam9991
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Near-field Radiative Nanothermal Imaging of Nonuniform Joule Heating in Narrow Metal Wires (2018)
  • 著者名/発表者名: Qianchun Weng, Kuan-Ting Lin, Kenji Yoshida, Hirofumi Nema, Susumu Komiyama, Sunmi Kim, Kazuhiko Hirakawa, Yusuke Kajihara
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 18 ページ: 4220-4225
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b01178
  • 査読あり
• [学会発表] Nano-thermometry of electrons and phonons (2018)
  • 著者名/発表者名: Qianchun Weng, Robb Puttock, Craig Barton, Vishal Panchal, Le Yang, Zhenghua An, Yusuke Kajihara, Wei Lu, Alexander Tzalenchuk, and Susumu Komiyama
  • 学会等名: IRMMW-THz2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] THz Nano-thermometry of Vanadium Dioxide Microwires (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Nema, K-T. Lin, Q. Weng, R. Ishii, H. Kamioka, S. Kim, S. Komiyama, and Y. Kajihara
  • 学会等名: ACSIN-14 & ICSPM26
  • 国際学会