Probing ultrafast carrier dynamics in 2D semiconductors at atomic scale

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、現有の時間分解THz-STM装置を用いて、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)原子層の励起子、キャリアの振る舞いを高い時空間分解能で観察することによってTMDC原子層の物性、機能の理解を深めることを目的としている。2021年度は下記の項目を実施した。(1)大面積TMDC単層作成手法の確立AuとTMDCの間の強い化学結合を利用してTMDCバルク単結晶から単層を機械剥離する方法を使用して数mm～1cmサイズの大きさの単層試料を作製することに成功した。得られた単層表面の清浄プロセスの最適化を行うことで、原子レベルで清浄な試料が得られることをSTMおよびAFM観察によって確認した。さらにこの手法を応用しMoS2/WSe2積層ヘテロ構造、WSe2ツイスト2層モアレ超格子を作製した。モアレ超格子構造の電子状態を極低温STMにより観察し、モアレポテンシャルによって発現するフラットバンド状態をイメージングすることに成功した。また絶縁、半絶縁基板上でのSTM測定を行うためにマイクロパターン電極を作成し、TMDC上に転写する技術を開発した。(2)SrTiO3上MoS2単層の励起子ダイナミクスの計測(1)の手法を用いて作成したMoS2単層上で時間分解THz-STM計測を行い、可視ポンプ光(517nm)により生成した励起子の緩和ダイナミクスを計測することに成功した。10ps程度と100ps～1000psの2成分の緩和過程が観測され、それらが場所に強く依存して変化する様子を空間分布測定により明らかにした。