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2011 Fiscal Year Annual Research Report

チップ増強法による半導体ナノ材料のコヒーレント分光

Publicly Offered Research

Project AreaOptical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
Project/Area Number 23104711
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

小川 佳宏  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (50372462)

Keywords近接場 / コヒーレント分光 / 半導体
Research Abstract

光学測定はバンド間遷移・バンド内遷移ダイナミクスや格子振動などを測定する良い手段であるが、光の回折限界のために微小領域の測定には限界がある。近年半導体ナノ構造、メタマテリアル、カーボンナノチューブ、グラフェン等のナノ材料におけるさまざまな興味深い現象が知られている。そこで、本研究ではヘテロダイン干渉法を用いたチップ増強散乱法を用いることにより10nmスケールの空間分解能でこれらナノ材料の誘電率測定およびダイナミクス測定を行う。ナノ構造体の電子、格子状態とそのダイナミクスを高空間分解能で測定することにより、新たな知見を得ることを目的とする。
散乱光の強度と位相を高空間分解測定するために、チップ増強レイリー散乱光のヘテロダイン測定を行った。初めに散乱光のヘテロダイン検出系の作製と、標準試料である金ナノ構造からの散乱光の強度と位相測定を行った。具体的には、音響光学素子(AOM)により周波数シフトした光(ω-ω')を参照光として、周波数シフトしていない0次光(ω)を試料への励起として用いる。散乱される近接場光は、チップと試料との距離に非線形に依存するのに由来し、2Ωの強度変調を受けている。したがって、ロックインアンプでω'-2Ωの成分を測定することにより試料の複素誘電率の大きさを測定できる。これにより、試料の電子状態を15nm程度の高空間分解で測定することができる。
励起光の波長を変化させ、Si基板上の金薄膜の近接場散乱光の強度と位相の測定を行った。その結果、2.3eV付近に金のプラズマ周波数を反映した位相シフトのピークが現れ、高エネルギー側には金薄膜の散乱光強度の減少を観測した。さらにEB露光法で作成した直径200nmの金ナノディスクからの散乱光の強度と位相分布を測定し、FDTD法により計算した電磁場分布との比較を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までにヘテロダイン干渉法を用いた近接場散乱光の強度と位相を測定する実験系を作成し、標準試料である金ナノ構造の測定を行うこととができた。

Strategy for Future Research Activity

現在までに構築したヘテロダイン干渉計において光源をパルスレーザーとすることで、試料の分極の緩和ダイナミクスを高空間分解測定する。AOMで周波数変調した参照光に光学遅延をつけ、試料からの散乱光に干渉させる。試料からの散乱光は分極の位相緩和を反映した減衰形状となる。参照光の入射時刻を変化させることで、分極の緩和過程を測定することができる。

  • Research Products

    (29 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (15 results) (of which Peer Reviewed: 11 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] Imaging of surface plasmon polariton propagation on a Au thin film by using tip-enhanced Rayleigh scattering2013

    • Author(s)
      Y. Ogawa, S. Takahashi, D. Nakajima, and F. Minami
    • Journal Title

      J. Lumin.

      Volume: 133 Pages: 145-148

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2011.12.035

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-Markovian Dynamics of Spectral Narrowing for Excitons in the Layered Semiconductor GaSe Observed Using Optical Four-Wave Mixing Spectroscopy2011

    • Author(s)
      H.Tahara, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      Phys.Rev.Lett

      Volume: 107 Pages: 037402

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.107.037402

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tip-enhanced Raman mapping of a single Ge nanowire2011

    • Author(s)
      Y.Ogawa, Y.Yuasa, F.Minami, S.Oda
    • Journal Title

      Appl.Phys.Lett.

      Volume: 99 Pages: 053112

    • DOI

      10.1063/1.3621856

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhancement of excitonic emission in semiconductor heterostructures due to resonant coupling to multipole plasmon modes in a gold particle2011

    • Author(s)
      A.A.Toropov, T.V.Shubina, K.G.Belyaev, S.V.Ivanov, P.S.Kop'ev, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 84 Pages: 085323

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.085323

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Four-photon cascade from quadexcitons in a single GaAs quantum dot2011

    • Author(s)
      Y.Arashida, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 84 Pages: 125309

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.125309

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Density dependence of photoluminescence lifetime of CdSe/ZnS core-shell colloidal quantum dots2011

    • Author(s)
      G.Kawata, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      J.Appl.Phys.

      Volume: 110 Pages: 064323

    • DOI

      10.1063/1.3642074

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polarization-correlated photon pairs from charged biexciton in a single GaAs quantum dot2011

    • Author(s)
      Y.Arashida, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      Physica E

      Volume: 43 Pages: 804-807

    • DOI

      10.1016/j.physe.2010.07.056

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tip-enhanced photoluminescence mapping of InGaN thin film2011

    • Author(s)
      K.Katayama, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      Physica E

      Volume: 43 Pages: 808-810

    • DOI

      10.1016/j.physe.2010.07.057

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tip-Enhancement Effect on the PL of Localized Excitons in an InGaN Thin Film2011

    • Author(s)
      K.Katayama, Y.Ogawa, F.Minami, T.V.Shubina, A.A.Toropov
    • Journal Title

      J.Phys. : Conf.Ser.

      Volume: 302 Pages: 012033

    • DOI

      10.1088/1742-6596/302/1/012033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sequential Photon Emissions from Quad-excitons in Single GaAs Quantum Dots2011

    • Author(s)
      Y.Arashida, T.Hanazawa, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      J.Phys. : Conf.Ser.

      Volume: 302 Pages: 012035

    • DOI

      10.1088/1742-6596/302/1/012035

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectral narrowing of four-wave mixing signals for excitons in the layered semiconductor GaSe2011

    • Author(s)
      H Tahara, Y Ogawa, F Minami
    • Journal Title

      J.Phys. : Conf.Ser.

      Volume: 302 Pages: 012036

    • DOI

      10.1088/1742-6596/302/1/012036

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Excitonic Wave-packet Motion In GaSe Probed By Spectrally Resolved Four-wave Mixing Spectroscopy2011

    • Author(s)
      H Tahara, Y Ogawa, F Minami
    • Journal Title

      AIP Conf.Proc.

      Volume: 1399 Pages: 39

    • DOI

      10.1063/1.3666247

  • [Journal Article] Polarization-entangled Photon Pairs From A Single GaAs Quantum Dot2011

    • Author(s)
      Y.Arashida, T.Hanazawa, Y.Ogawa, F.Minami
    • Journal Title

      AIP Conf.Proc.

      Volume: 1399 Pages: 475

    • DOI

      10.1063/1.3666460

  • [Journal Article] Nanometer-scale Mapping of Dielectric Constant of Ge/Si Quantum Dots by Using Apertureless Near-field Scanning Optical Microscopy2011

    • Author(s)
      Y.Ogawa, D.Nakajima, F.Minami, Y.Abate, S.R.Leone
    • Journal Title

      AIP Conf.Proc.

      Volume: 1399 Pages: 557

    • DOI

      10.1063/1.3666501

  • [Journal Article] Strain and Intermixing in Single Ge/Si Quantum Dots Observed by Tipenhanced Raman Spectroscopy2011

    • Author(s)
      T.Toizumi, Y.Yuasa, Y.Ogawa, K.Katayama, F.Minami, A.V.Baranov
    • Journal Title

      AIP Conf.Proc.

      Volume: 1399 Pages: 55

    • DOI

      10.1063/1.3666499

  • [Presentation] 単一量子ドット内の荷電三励起子分子による三光子偏光相関2012

    • Author(s)
      嵐田雄介, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] GaSe薄膜におけるチップ増強発光の観測2012

    • Author(s)
      野村春之, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] 散乱型ANSOM法による金ナノ構造のヘテロダイン測定2012

    • Author(s)
      青柳翔, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] GaAs量子井戸における励起子間散乱のコヒーレント制御2012

    • Author(s)
      小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] 四励起子の束縛状態によるカスケード遷移過程2011

    • Author(s)
      嵐田雄介, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] 干渉法を用いた散乱型ANSOM法による金薄膜の複素誘電率の観測2011

    • Author(s)
      中島大樹, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] 散乱型ANSOM法によるGe/Si量子ドットの混晶効果の測定2011

    • Author(s)
      青柳翔, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] ZnSe薄膜の四光波混合信号に見られる励起子ポラリトンのスペクトル変動2011

    • Author(s)
      田原弘量, 馬場基彰, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] InGaN薄膜のバンド間励起発光ダイナミクスにおけるチップ増強効果2011

    • Author(s)
      片山浩一, 小川佳宏, 南不二雄
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] チップ増強ラマン分光法によるGeナノワイヤの観察2011

    • Author(s)
      野村春之, 湯浅譲, 小川佳宏, 南不二雄, 小田俊理
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] Imaging of Surface Plasmon Polariton Propagation on a Gold Thin Film by Using Tip-enhanced Rayleigh Scattering2011

    • Author(s)
      Y.Ogawa, S.Takahashi, D.Nakajima, F.Minami
    • Organizer
      The Int.Conf.on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter 2011
    • Place of Presentation
      University of Michigan, USA
    • Year and Date
      2011-07-01
  • [Presentation] Tip-Enhancement Effect on the PL Dynamics of InGaN Thin Film2011

    • Author(s)
      K.Katayama, Y.Ogawa, F.Minami, T.V.Shubina, A.A.Toropov
    • Organizer
      The Int.Conf.on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter 2011
    • Place of Presentation
      University of Michigan, USA
    • Year and Date
      2011-07-01
  • [Presentation] Higher Multi-Excitonic Complexes in Single GaAs/AlGaAs Quantum Dots Studied by Photon Correlation Spectroscopy2011

    • Author(s)
      Y.Arashida, T.Hanazawa, Y.Ogawa, F.Minami
    • Organizer
      The Int.Conf.on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter 2011
    • Place of Presentation
      University of Michigan, USA
    • Year and Date
      2011-06-29
  • [Presentation] Non-Markovian dephasing in the layered semiconductor GaSe2011

    • Author(s)
      H.Tahara, Y.Ogawa, F.Minami
    • Organizer
      The Int.Conf.on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter 2011
    • Place of Presentation
      University of Michigan, USA
    • Year and Date
      2011-06-29

URL: 

Published: 2013-06-26  

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