室温動作超広帯域光検出器の実現に向けた量子物質赤外応答の解明

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本研究では、ワイル半金属に関する赤外光応答の解明を目的として、研究を進めた。また、非従来型の高効率赤外光電変換機構および最適な試料構造や試料の組み合わせの解明を目指して研究を展開した。本報告書では、前年度に合成・構造決定を行ったCo3Sn2S2およびTaIrTe4という2つの物質についての研究成果を述べる。ワイル半金属Co3Sn2S2については、前年度に明らかにしたラマン散乱測定を用いて試料同定を行い、非相反熱輻射測定のための片持ち張りデバイスを作製した。一方、カルコゲナイド系ワイル半金属TaIrTe4については、前年度に作製した大面積の剥片試料を用いて微細電極２極付きデバイスを作製した。さらに、光起電力測定および励起反射強度測定が自動的に行える光学システムを開発した。このシステムにより、可視光および中赤外光の2つの励起エネルギーについて、励起偏光角度・励起強度を自動的に変更しながら空間分解測定が可能となった。中盤では、電流測定系のノイズが大きく十分なS/Nでの測定が難しいことが判明した。科研費を用いて測定の各所でのノイズ対策を進め、5桁程度高いSN比率を達成した。新規導入した深紫外線リソグラフィを用いて効率的に電極パターンを試作可能にした。実際に電極付試料については複数の電極パターンを試作し、最適構造を決定した。これらのデバイスと赤外光電流測定を用いて、赤外光電流マッピング測定を実施した。TaIrTe4では、先行研究により光と何らかの組み合わせによる3次成分の光電流生成が確認されている。励起光を変調し光電流の周波数特性マッピング測定を行うことで、光熱電効果に増強される電流生成とそれ以外を期限とする光電流生成との切り分けを行った。