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ナノスケールかつ超高速で熱フォノン・電子伝播を自在に制御する学理を構築することは、次世代のナノエレクトロニクス・熱電変換デバイスの開発にとって避けては通れない命題である。そこで本研究課題では、グラフェン及び周期的孔構造を持つグラフェンフォノニック結晶をプラットフォームとし、フォノン・電子伝播のダイナミクスを検出する分光技術の開発を目指した。
まず、CVD成長させた多層グラフェンの高周波フォノンの電子・格子相互作用の膜厚依存性を明らかにするため、顕微ラマン分光法を用いたファノ共鳴のイメージングを行った。その結果、高周波Gバンドの電子・格子結合定数の層数依存性を1-2ミクロンの空間分解で計測することができた。
また、単層グラフェンの超高速光学応答のフェルミレベル依存性を、イオン液体によるバイアス印加のもとで、サブ10フェムト秒ポンプ・プローブ法により計測した。その結果、フェルミレベルが励起光のエネルギーの半分程度になったとき、電子応答の緩和時間と振幅が最大になることを見出した。ポンプ光誘起の光学伝導度の解析から、緩和経路のブロッキングが超高速の光学変調に寄与していることを明らかにした。
更に、周期的孔構造を持つグラフェンフォノニック結晶において、走査トンネル顕微鏡を用いたトンネル電子の微分コンダクタンス計測から電子状態を明らかにした。
これらの結果から、レーザーを用いた（顕微）ポンプ・プローブ分光と走査トンネル顕微鏡による電子状態計測を複合的に行うことにより、ナノスケールかつ超高速でフォノン・電子伝播を計測できることを見出した。
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