2023 年度研究成果報告書

サブピコ秒電子ダイナミクスの原子スケールイメージング

研究課題

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研究課題/領域番号	20H00341
研究種目	基盤研究(A)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	中区分29:応用物理物性およびその関連分野
研究機関	筑波大学
研究代表者	吉田昭二筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90447227)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	走査プローブ顕微鏡
研究成果の概要	時間分解テラヘルツSTM装置を大幅に改良することで、物質中に光励起されたキャリアや電子のダイナミクスをサブピコ秒の時間分解能かつ原子～ナノスケールの空間分解能でイメージングすることを可能にした。改良した装置を用いて、C60有機薄膜中の電子ダイナミクスを高い時空間分解能でイメージングし、電子が表面上のナノスケール領域で動き回る様子をピコ秒の時間スケールで動画として撮影することに成功した。また、原子層半導体中の励起子のダイナミクスの観測などにも成功し、様々な物質中の超高速ダイナミクスへと展開できることも示した。
自由記述の分野	薄膜・表面
研究成果の学術的意義や社会的意義	物質の機能を解明するためには、光や電場などを物質に加えた際の電子のふるまいを詳細に観察し理解することが必要不可欠であり、物質中の電子のダイナミクスを高い時空間分解能で可視化する技術が求められている。我々は、そのような要請を満たす装置として時間分解テラヘルツSTMを開発と改良を進め、サブナノメートルの空間分解能かつサブピコ秒の時間分解能で物質中の電子ダイナミクスを実空間イメージングすることに成功している。単一欠陥が電子ダイナミクスに与える影響を解析するなど他の手法・装置では不可能な計測が可能であることから高い独自性と学術的意義があり、様々な物質の新機能を開拓するために応用されていくと期待される。