研究課題
本研究では、シングルサイクルのテラヘルツ(THz)パルスと走査トンネル顕微鏡(STM)を組み合わせたTHz-STM装置を開発・改良し、サブピコ秒時間分解能かつ原子分解能で電子ダイナミクスのイメージングすることを目的としている。本年度は、SrTiO3上に転写したMoS2単層/複数層の表面上でTHz-STM実験を行い、可視光パルス(517nm)励起によりMoS2中に生成したキャリアのダイナミクスを計測した。THz電流が光励起直後(0ps)において急峻の増加しその後指数関数的に減衰する様子が観測され、フィッティングにより10~20psと500ps程度の減衰時定数を有する2つのキャリア緩和が観測された。n型高ドープSrTiO3基板とMoS2の界面のバンドアライメントはタイプII型ヘテロ接合を有することから、0psにおけるTHz電流の急峻な増加はMoS2中に励起されたキャリアが瞬間的に電荷分離することを示している。電荷分離に伴うバンドオフセットの変化、つまり光起電力がTHz電流変化の起源であり、その後の減衰は光起電力の時間変化に対応することを明らかになった。次にAu(111)上に剥離した単層MoS2上においてもTHz-STM測定を行った。MoS2単層がAu(111)と接触している表面では、光励起キャリアがただちにクエンチするため信号が得られないが、一部数10nmサイズの中空に浮いた領域で数100psの時定数をもつ励起子由来の信号成分が観測された。中空領域ではMoS2はドーム状に歪むことからバンドギャップが縮小し生成した励起子がAu(111)へ拡散せずドーム内に束縛されていることが明らかになった。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Applied Physics Express
巻: 17 ページ: 015003～015003
10.35848/1882-0786/ad0c04
