Real space-time observation of electron-phonon coupling in lead halide perovskites by ultrafast nanoscopy

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本プロジェクトでは、赤外散乱走査型近接場光顕微鏡(IR s-SNOM)に基づいた超高速赤外ナノイメージングを新たに開発し、それを二次元有機鉛ペロブスカイトに応用することで、ペロブスカイト結晶端における励起子やキャリアの動態を明らかにし、励起子－格子、キャリア－格子の相互作用を明らかにすることを目標とした。本プロジェクト初年度において、干渉検出型可視励起・赤外プローブ近接場顕微鏡を開発し、近接場散乱信号の励起による微弱な変化(<1%)を検出できることを示した。特にこれを安定なグラファイトナノ結晶系で実証し、結晶端に特徴的なパターンを同定した。現在これがフォトニック的な効果（プラズモンポラリトンやフォノンポラリトンなど）かグラファイトにおける電子－格子相互作用によるものであるのか、慎重に解析を進めている。さらに、高い感度を生かして同様の実験を単一カーボンナノチューブ内における励起子ダイナミクスを調べるために応用し、信号を検出することができた。カーボンナノチューブ系においても、チューブ内とチューブ端で得られる超高速信号が異なることが分かり、チューブ端における格子ひずみの効果による電子状態への影響が示唆されている。二次元有機鉛ペロブスカイトについては、グラファイトと同様に剥離によってナノ結晶を調整できること、励起後の緩和時間が十分に早く既存のレーザーで十分に実験が可能であることなどを確認することができた。一方で三次元ペロブスカイト系ではキャリア由来の応答が見られていた<2000 cm-1以下の領域では過渡信号は観測されず、また試料についても当初想定していたよりも光励起に弱いこと、及び表面の平坦性がよくないことが分かった。そこで、励起子由来の過渡吸収が観測されている>3000 cm-1以上の領域で測定ができるように装置のアップグレードを行い、さらに試料をガラス薄膜でキャッピングする方法を開発した。