Development of Phase-Controlled Near Field Spectroscopy with Extremely High Spatiotemporal Resolution

具有极高时空分辨率的相控近场光谱学的发展

• 批准号: 20H05662
• 负责人: 武田 淳
• 金额: $ 121.97万
• 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 (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05662/
• 关键词: テラヘルツ; 近接場分光; STM発光; 中赤外パルス

極限的な時空間で電子状態や帯電状態を精密制御し、物質の構造や機能を実空間・実時間で自在に操作することは、ナノ科学、材料科学分野にとって最重要課題の1つである。本研究では、位相制御した遠赤外（テラヘルツ：THz）～中赤外（MIR）パルスと走査トンネル顕微鏡（STM）を巧みに組み合わせ、原子分解能とフェムト秒の時間分解能でトンネル電流及び発光を検出できる“極限時空間分光”システムを開拓する。この技術を駆使し、単一分子発光ダイナミクスの検出と制御、半導体表面・界面の光励起キャリアや振動ダイナミクスの検出と制御、ナノスケール相変化の観測と制御を実現する。2022年度は、主に、（1）フタロシアニン（Pc）をテスト分子とした単一分子発光の検出と励起状態制御、（2）有機薄膜や原子層物質を用いた光励起キャリアのダイナミクス計測、（3）相変化材料のTHz電場駆動ナノスケール相変化の観測を行った。（1）においては、THzーSTM発光分光により世界ではじめてPc単分子の発光を検出するとともに、発光強度がTHzの位相により制御できることを見出した。（2）においては、THzおよびMIR-STMを駆使し、MoTe2や単原子層物質のキャリアダイナミクスを明らかにした。（3）においては、THz照射により、新規相変化材料Cr2Ge2Te6の表面にナノスケールでアモルファス・結晶相変化を誘起することに成功した。これらを通して、構築した極限時空間分光技術が、ナノスケールの物性観測・制御に極めて有効であることを実証した。

Limit time, space, electronic state and electric state are precisely controlled, structure and function of matter are freely operated in space and time, and science and materials science are divided into the most important topics. In this study, we explored the "limit time spatial spectroscopy" system for phase control, remote infrared spectroscopy (THz) and intermediate infrared spectroscopy (MIR). This technology enables the detection and control of single-molecule optical emission, the detection and control of optical excitation on semiconductor surfaces and interfaces, and the detection and control of phase transformation. 2022:(1) Control of the excitation state of molecules and single molecules;(2) Measurement of organic thin films and atomic layer substances using light excitation;(3) Measurement of THz electric field excitation of phase transition materials. (1) The light emission intensity of Pc molecules is different from that of THz molecules. (2) In addition to THz and MIR-STM, MoTe2 is also an atomic layer substance. (3) However, due to THz irradiation, the crystal phase transformation of the surface of the new phase transformation material Cr2Ge2Te6 was successfully induced. The technology of spatial spectroscopy is used to measure and control the physical properties of materials.

项目成果

Observation of Irreversible Phase-Change Processes at High Spatiotemporal Resolution

高时空分辨率下不可逆相变过程的观测

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Hirayama;K. Hirakawa;and H. Yamaguchi (editors);武田 淳
• 通讯作者: 武田 淳

Dispersion measurement of an objective lens for ultrafast microscopy

超快显微镜物镜的色散测量

• DOI: 10.1364/optcon.453567
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optics Continuum
• 作者: Keisuke Kaneshima;Takumi Minami;Takumi Kyoda;Yoshihito Tanaka
• 通讯作者: Yoshihito Tanaka

光励起中赤外STMによる時間分解トンネル電流測定

使用光激发中红外 STM 进行时间分辨隧道电流测量

• 发表时间: 2020
• 作者: 五十嵐一歩;石川 雅士;山本 祐揮;嵐田 雄介;吉田 昭二;武内 修;重川 秀実
• 通讯作者: 重川 秀実

時間分解STMを用いた二次元原子層状物質中励起子ダイナミクスのナノイメージング

使用时间分辨 STM 对二维原子层状材料中的激子动力学进行纳米成像

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuya Murai;Shaochun Zhang;Takato Hotta;Zheng Liu;Takahiko Endo;Hiroshi Shimizu;Yasumitsu Miyata;Toshifumi Irisawa;Yanlin Gao;Mina Maruyama;Susumu Okada;Hiroyuki Mogi;Tomohiro Sato;Shoji Yoshida;Hidemi Shigekawa;Takashi Taniguchi;Kenji Wata;小崎海志;梅田 直輝，嵐田 雄介，石川 雅士，畑中 陽，茂木 裕幸，吉田 昭二，武内 修，重川 秀実;Hongjiang Li;平野司;吉田昭二
• 通讯作者: 吉田昭二

Investigation of STM-luminescence Induced by THz-field-driven Tunneling Electrons

太赫兹场驱动隧道电子诱导的 STM 发光研究

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Kimura;Y. Morinaga;H. Imada;I. Katayama;K. Asakawa;K. Yoshioka;Y. Kim;and J. Takeda
• 通讯作者: and J. Takeda