サブサイクルテラヘルツ近接場分光：超高速ダイナミクスの可視化と制御

亚周期太赫兹近场光谱：超快动力学的可视化和控制

• 批准号: 20H00326
• 负责人: 武田 淳
• 金额: $ 29.12万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00326/
• 关键词: テラヘルツ; 近接場; サブサイクル; 近接場分光; 超高速ダイナミクス

本研究では、位相制御テラヘルツ走査トンネル顕微鏡（THz-STM）とSTM発光分光技術を巧みに組み合わせ、世界初となる原子スケールの空間分解能とフェムト秒（サブサイクル）の時間分解能でトンネル電流及び発光を検出できる“位相制御THz-STM発光分光技術”を開拓する。開発した分光技術を駆使し、極限的時空間で分子及び固体の自在な物性操作を実現する。具体的には、単一分子レベルでの発光を例にとり、分子励起状態ダイナミクスの時空間操作を行う。固体においては、カルコゲナイド半導体の相変化ダイナミクスのナノ空間マッピングを行い、かつてない超高密度光メモリの原理実証を行う。今年度は、まず、繰り返し周波数100 kHzのファイバーレーザーによりTHz波発生を行い、すでに稼働中の超高真空低温STMと組み合わせてTHz誘起トンネル電流を検出した。また、金探針と銀表面をトンネル接合部として局在プラズモンからの発光を検出した。この結果を通常のSTM誘起のプラズモン発光と比較して、新規のTHz-STM発光分光技術を評価した。一方、フェムト秒光パルスとSTMを組み合わせ、相変化材料の光誘起アモルファス化を試みた。探針・試料間に閾値以上の強度の光パルスを導入することにより、相変化材料の結晶相上に～5 nm以下程度のアモルファス相を誘起することができた。これは、光パルス誘起STMによりナノスケールの相変化マッピングを実行したことになり、近接場を用いた位相制御ナノ加工技術への応用を例示したことになる。

这项研究巧妙地将相机控制的Terahertz扫描隧道显微镜（THZ-STM）与STM发射光谱技术结合在一起，从而开发了世界上第一个“相位控制的THZ-STM发射光谱技术”，从而可以检测到隧道电流和原子尺度空间分辨率（Subtial timectile and Femticle）（suilctile and Fimctilessond）（suilctial timectile and Fimctilesseent（suil）（suil）。使用开发的光谱技术，我们在极端时空中实现了对分子和固体的灵活物理操纵。具体而言，以单分子水平的发射为例，进行了分子激发态动力学的时空操纵。在固体状态下，进行了半导体的纳米空间映射，以证明前所未有的超高密度光学记忆的原理。今年，首先使用具有100 kHz的重复频率的纤维激光器生成THZ波，并将THZ诱导的隧道电流与已经在运行的超高真空中检测到了THZ诱导的隧道电流。此外，将金探针和银表面用作隧道连接，以检测局部等离子的光发射。将该结果与常规STM诱导的等离子发射进行了比较，并评估了一种新型THZ-STM发射光谱技术。另一方面，将飞秒的光脉冲和STM组合在一起，以尝试将光诱导的无定形相变材料转化为无定形材料。通过引入高于探针和样品之间阈值的强度的光脉冲，可以在相变材料的晶相中诱导大约约5 nm或更少的无定形相。这意味着使用光脉冲诱导的STM进行了纳米级相变映射，这说明了其在使用近场的相机纳米机械技术中的应用。

项目成果

光ナノ計測・情報通信研究拠点

光纳米测量与信息通信研究中心

Nanoscale phase transition of Ge2Sb2Te5 induced by locally enhanced laser fields at a tunnel junction

隧道结处局部增强激光场诱导的 Ge2Sb2Te5 纳米级相变

• 发表时间: 2020
• 作者: D. Kim;K. Asakawa;S. Yaguchi;M.Tsujii;K. Kaneshima;K. Yoshioka;Y.Arashida;S. Yoshida;H. Shigekawa;M. Kuwahara;I. Katayama;and J. Takeda
• 通讯作者: and J. Takeda

Nanoscale phase change on Ge2Sb2Te5 thin films induced by optical near fields with photoassisted scanning tunneling microscope

• DOI: 10.1063/5.0032573
• 发表时间: 2020-11-23
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Asakawa, Kanta;Kim, Dang-il;Takeda, Jun
• 通讯作者: Takeda, Jun