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2022 年度 実績報告書

アト秒ナノスケール電子トンネリングの実証と応用

研究課題

研究課題/領域番号 20H02653
研究機関横浜国立大学

研究代表者

片山 郁文  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80432532)

研究分担者 桂川 眞幸  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (10251711)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードアト秒 / トンネリング / コヒーレントフォノン / 高調波 / ナノスケール / 熱電子
研究実績の概要

本研究では位相を制御した超短パルスレーザーをナノスケールのギャップを持つ走査型トンネル顕微鏡の探針に照射し、光電場によって駆動されるトンネル電子を観測することでアト秒スケールの分光を行うことを目的としている。しかしながら、光照射によって誘起される熱的な励起キャリアが極めて大きい応答を示し、光電場によって駆動される電子を観測することは難しかった。光位相による依存性を計測することは難しかったと言える。一方で関連の研究を行う中で、走査型トンネル顕微鏡とレーザー照射を組み合わせることで、熱的な計測が可能になることを明らかにしつつある。これは、熱の影響が極めて大きい探針直下に光を照射するのではなく、少しはなれた場所に光を照射することによって、探針試料間のトンネル電流が変化することを見出した。この結果は、物質内を伝達した熱が電子を励起し、それがトンネル電流を変調したことを示唆している。これを活用すれば、熱的な応答をナノスケールで明らかにすることも可能であると期待され、予期せぬ成果が上がったと言える。
また、ナノスケールの材料の一つである原子層物質に、数フェムト秒の極めて短いパルス幅のレーザーを照射することにより、コヒーレントなフォノンの振動が観測できることを示した。通常のフォノンの周期の信号のみならず、その高調波の信号も観測されており、それが、物質の対称性を反映したものであることを明らかにした。これらの結果は、光のパルス幅とフォノンの位相が、物質の理解に重要であることを示している。当初の目標は達成できなかったがこのように関連分野で成果が上がったという意味で、重要な意義があった。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Rice University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Rice University
  • [雑誌論文] Pulse-to-pulse ultrafast dynamics of highly photoexcited Ge2Sb2Te5 thin films2023

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, Y.Arashida, K.Asakawa, K.Kaneshima, M. Kuwahara, K. Konishi, J.Yumoto, M. Kuwata-Gonokami, J.Takeda and I.Katayama
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 62 ページ: 022001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acb476

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation of ultrafast excited-state dynamics at the nanoscale with terahertz field-induced electron tunneling and photon emission2023

    • 著者名/発表者名
      I.Katayama,K.Kimura, H. Imada,Y.Kim, and J.Takeda
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 133 ページ: 110903

    • DOI

      10.1063/5.0144218

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] K-point longitudinal acoustic phonons are responsible for ultrafast intervalley scattering in monolayer MoSe22022

    • 著者名/発表者名
      Bae Soungmin、Matsumoto Kana、Raebiger Hannes、Shudo Ken-ichi、Kim Yong-Hoon、Handegard Orjan Sele、Nagao Tadaaki、Kitajima Masahiro、Sakai Yuji、Zhang Xiang、Vajtai Robert、Ajayan Pulickel、Kono Junichiro、Takeda Jun、Katayama Ikufumi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 ページ: 4279

    • DOI

      10.1038/s41467-022-32008-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光照射STMによるグラフェンナノデバイスの熱励起電子観測2023

    • 著者名/発表者名
      川村 亮太、金 唐逸、Fayong Liu、玉置 亮、草場 哲、水田 博、片山 郁文、武田 淳
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Investigation of STM-luminescence Induced by THz-field-driven Tunneling Electrons2022

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, Y. Morinaga, H. Imada, I. Katayama, K. Asakawa, K. Yoshioka, Y. Kim, and J. Takeda
    • 学会等名
      INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS (IVC-22)
    • 国際学会
  • [学会発表] Higher-order Optical Response of Acoustic Phonon Generation in Monolayer MoSe2 Observed by Sub-10-fs Coherent Phonon Spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      S. Bae, K. Matsumoto, H. Raebiger, O. S. Handegard, T. Nagao, M. Kitajima, J. Kono, J. Takeda, and I. Katayama
    • 学会等名
      22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS (IVC-22)
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Band Imaging of Simultaneous Light-dressed Volkov State and Photo-induced Carrier State in WSe2 Using High-harmonic-based Tr-ARPES2022

    • 著者名/発表者名
      R. Yoshioka, Y. Shinohara, T. Okamoto, Y. Kunihashi, K. Kato, H. Mashiko, Y. Sekine, H. Hibino, I. Katayama, J. Takeda and K. Oguri
    • 学会等名
      8th International Conference on Attosecond Science and Technology (ATTO VIII)
    • 国際学会
  • [学会発表] 相変化物質 Cr2Ge2Te6における熱的ナノスケール相変化のSTM観測2022

    • 著者名/発表者名
      金 唐逸、佐藤大輝、川村亮太、玉置 亮、草場 哲、王 吟麗、双 逸、須藤祐司、片山郁文、武田 淳
    • 学会等名
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] KBr 超薄膜上に吸着したフタロシアニン単一分子の STM発光測定2022

    • 著者名/発表者名
      近藤魁人、木村謙介、今田 裕、片山郁文、武田 淳、金 有洙
    • 学会等名
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 武田・片山・玉置・草場研究室

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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