Nanoscale detection of atomic layer spin-valley polarized excitons and revealing its local dynamics

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本研究では、光励起走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、2次元シート状半導体である遷移金属ダイカルコゲナイドにアクセスることで、円偏光電流からスピン-バレー偏極励起子状態をナノスケール検出するものである。本年度は、主に測定系の構築を行った。研究計画調書に課題として記載したように、長時間測定時の光照射位置ドリフトを補正する技術が必要だった。これに対し光照射点を安定化するフィードバック機構を、パターンマッチング技術を用いて開発することに成功した。また、偏光方向を変調し制御する上で顕微鏡内部に配置した光学素子の偏光応答が、変調時にアーティファクト信号を生成することが分かった。そのため、光学顕微鏡内部を一部改造し、試料近くに波長板を配置し、アーティファクトの発生を抑えることに成功した。また、本研究では試料面に対して鉛直方向だけでなく斜め方向からの光入射も行い、信号の比較をする。鉛直入射時には上記したフィードバック機構により照射位置を精密に制御可能であるが、斜入射時にはこの機構の実装が難しい。そこで、真空内の探針・試料の搭載されているバネ吊り除震台の同一板上にレンズを配置するよう装置部品の作製を行い、探針・試料接合とレンズの位置関係がずれない改善を行った。以上により、改善した測定系を用いて円偏光電流計測からスピン-バレー偏極励起子状態をナノスケール検出できるものと考えている。