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2018 年度 実績報告書

高強度テラヘルツSTMによるナノ空間超高速物性制御

研究課題

研究課題/領域番号 17J05234
研究機関横浜国立大学

研究代表者

吉岡 克将  横浜国立大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
キーワードテラヘルツ / 走査型トンネル顕微鏡 / 超高速分光 / ナノフォトニクス / ナノエレクトロニクス
研究実績の概要

前年度までに、大気中下での高強度テラヘルツSTMを完成させ、自在に波形の制御されたTHz近接場を利用して数十フェムト秒の時間分解能かつ1 ナノメートルの空間分解能で電子や物質を制御する手法を見出した。しかしながら、大気中下では試料表面に酸化膜が形成されてしまうため、金やグラファイトといった限られた試料でしか実験ができなかった。そこで、新たに超高真空STMを導入することで、あらゆる導電性試料での実験を可能にした。加えて、安定性とS/N比が格段に向上したため、原子分解能で試料表面を観察することが可能になった。新しい系での最初の実験として、相変化材料であるGeSbTeのナノスケール相変化誘起に取り組んだ。この物質は、DVDなどの可逆記録メディアに利用されており、探針で増強された近接場を使って超高速で相転移を引き起こすことができれば、これまでの限界を上回る超高速かつ超微細な情報記録が可能になると期待される。実際に、第一段階として近赤外のフェムト秒パルスを使って結晶相からアモルファス相への超高速相転移をナノスケールで誘起することに成功した。探針直下において相変化前後で試料形状が変化しただけでなく、バンドギャップが変化していることを走査トンネル分光法により確認した。この逆過程であるアモルファス相から結晶相への相転移は高強度テラヘルツ波を用いて引き起こせると考えられるが、実験条件の追い込みが必要な段階である。
また、テラヘルツSTMの時間分解能を向上させ、励起状態のダイナミクスを動画として直接捉えるために、新たな光源開発を行った。この光源は、パルス幅が30フェムト秒より短いサブサイクルパルスを4 MHzの繰り返し周波数で発生させることができるため、テラヘルツSTMの可能性を格段に高めるものになると強く期待される。

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

    (7件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Tailoring Single-Cycle Near Field in a Tunnel Junction with Carrier-Envelope Phase-Controlled Terahertz Electric Fields2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Katsumasa、Katayama Ikufumi、Arashida Yusuke、Ban Atsuhiko、Kawada Yoichi、Konishi Kuniaki、Takahashi Hironori、Takeda Jun
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 18 ページ: 5198~5204

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.8b02161

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous acquisition of complex transmittance and birefringence with two counter-rotating, circularly polarized THz pulses2018

    • 著者名/発表者名
      Kawada Yoichi、Yoshioka Katsumasa、Arashida Yusuke、Katayama Ikufumi、Takeda Jun、Takahashi Hironori
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 26 ページ: 30420~30420

    • DOI

      10.1364/OE.26.030420

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 位相制御THz-STMによるトンネル電子のナノ空間超高速サブサイクル制御(受賞記念講演)2019

    • 著者名/発表者名
      吉岡克将、片山郁文、嵐田雄介、伴篤彦、河田陽一、小西邦昭、髙橋宏典、武田淳
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体 Bi1-xSbx におけるテラヘルツ磁気光学応答2019

    • 著者名/発表者名
      吉岡克将、Xinwei, Li、萩原俊雄、田岡裕貴、嵐田雄介、Orjan S. Handegard、片山郁文、長尾忠昭、河野淳一郎、武田淳
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] Sub-cycle Manipulation of Electrons in a Tunnel Junction with Phase-controlled Single-cycle THz Near-fields2018

    • 著者名/発表者名
      Katsumasa Yoshioka, Ikufumi Katayama, Yusuke Arashida, Atsuhiko Ban, Yoichi Kawada, Hironori Takahashi, and Jun Takeda
    • 学会等名
      21st International Conference on Ultrafast Phenomena (UP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] In-situ Tailoring of Single-cycle Near Field in a Tunnel Junction Using Phase-controlled THz-STM”, 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Katsumasa Yoshioka, Ikufumi Katayama, Yusuke Arashida, Atsuhiko Ban, Yoichi Kawada, Kuniaki Konishi, Hironori Takahashi, and Jun Takeda
    • 学会等名
      Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14) in conjunction with 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
    • 国際学会
  • [学会発表] 位相制御THz-STMによるトンネル電子の超高速コヒーレント制御2018

    • 著者名/発表者名
      吉岡克将、片山郁文、嵐田雄介、伴篤彦、河田陽一、小西邦昭、髙橋宏典、武田淳
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第7回領域会議

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公開日: 2019-12-27  

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