| 研究課題/領域番号 |
17H02908
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
長谷 宗明 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40354211)
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| 研究分担者 |
齊藤 雄太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50738052)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | トポロジカル絶縁体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、トポロジカル絶縁体（Topological Insulator: TI）における低波数ベクトル領域のコヒーレント表面フォノンを高感度に観測し、表面における電子―フォノン相互作用に関する知見を得ることを目的としている。また、大振幅コヒーレントフォノン励起によるTIのバンドギャップ変調の可能性を探り、フォノンによるトポロジカル絶縁体―ノーマル絶縁体間の量子相転移の観測を目指している。
今年度は、昨年度導入した光電子増倍管（PMT）を、現有のレーザー光源であるフェムト秒レーザー発振器（中心波長830 nm, パルス幅20 fs, 繰り返し80 MHz, 3 nJ/pulse）を光源とした時間分解過渡反射測定装置に組み込み、主にSb2Te3の３次元TI薄膜試料からの微弱な表面第二高調波（SHG）信号の検出からコヒーレント表面フォノン（光学モード）の観測を試みた。標準試料としては半導体GaAs単結晶を用いているが、未だSHG信号の検出には至っていない。また、Bi1-xSbx合金の試料作製を前倒しで行い、バルク領域からのコヒーレント光学フォノン信号の取得には成功している。Bi1-xSbx合金は近年、混晶比xの値に依存してトポロジカル絶縁体あるいはワイル半金属になり得るとされている材料である。バルク領域からのコヒーレント光学フォノン信号にも表面状態の寄与が含まれると考えられるため、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
今年度は当初の予定通り、導入した光電子増倍管（PMT）を用いて、表面第二高調波による表面フォノン観測の実験を進めることはできたが、十分な信号雑音比が得られずフォノン観測には至っていない。昨年度主に使用したフェムト秒レーザー発振器用の励起グリーンレーザーが老朽化のため出力が5W以上出なくなったことも一因と考えられるが、多結晶試料の配向性の検討も含めて多角的に検討を要する。一方では、Bi1-xSbx合金の試料作製を前倒しで行い、バルク領域からのコヒーレント光学フォノン信号の取得には成功しており、論文執筆にも着手している。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度主に使用したフェムト秒レーザー発振器用の励起グリーンレーザーが老朽化のため出力が5W以上出なくなったので、実験を継続するために新しく導入する予定である。その上で、表面SHG検出によるコヒーレント表面フォノンの観測および、それによる表面における電子―フォノン相互作用ダイナミックスの研究を行う。また、四光波型コヒーレントフォノン分光装置を立ち上げ、Sb2Te3やBi1-xSbx合金試料で表面フォノンの波数ベクトル依存性を測定することも試みる。
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