ピコ秒時間分解軟X線光電子分光装置の開発とそれを用いた表面ダイナミクスの研究

皮秒时间分辨软X射线光电子能谱仪的研制及其表面动力学研究

• 批准号: 10J06870
• 负责人: 小河 愛実
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J06870/
• 关键词: 光電子分光; 表面; 光誘起起電力; ダイナミクス; 時間分解; 半導体; 光誘起起電力効果; フェムト秒レーザー; 放射光; 光誘起ダイナミクス; 表面光起電力効果; 2次元角度分解光電子分光

本年度は、昨年度までに開発した時間分解光電子分光装置を用いて、半導体表面における光誘起ダイナミクスの研究を行った。半導体表面では、結合が切れて表面状態が形成されている。その表面キャリアを補償するために、バルクから表面に駆けてバンドが折れ曲がっている。表面に光が当たると、キャリアが励起され、その光誘起キャリアは半導体内部のポテンシャルに従って分布する。n-typeの場合、ホールが表面側にたまり、電子はバルク側に蓄積され、キャリアの空間分布が出来る。この新しいキャリア分布が表面団かを補償し、バンドの折れ曲がりは必要なくなり、バンドはフラットになる。このバンドの平坦化を表面光起電力効果と呼び、本研究ではこの緩和過程を詳細に観測した。その結果速い緩和と遅い緩和の2種類の緩和過程を発見した。この2種類の緩和過程の物理的なメカニズムを解明するために、8種類の表面を用意し、半導体表面に関するパラメータを変化させながら系統的にこの2つの緩和過程の変化を調べた。その結果、速い方はキャリアが表面ポテンシャルをトンネル効果で通過する過程、遅い方は熱励起過程であると同定した。この2種類の過程に着目して緩和過程を詳細に調べたのは初めてだ。また、トンネル効果を用いて、表面光起電力のダイナミクスを解析したのも初めての試みである。また、緩和過程の励起パワー依存性を系統的に調べ、励起パワーを上げて行くと、振動現象を発見した。当研究ではこの現象を非線形微分方程式を用いて解析し、線形応答だけを考えていては、振動現象を説明できないことを示した。詳細な現象の解明には、更なる研究が必要である。

This year's annual ま は, yesterday で に open 発 し た を time breakdown photoelectron spectroscopic device with い て, semiconductor surface に お け る light induced ダ イ ナ ミ ク ス の を line っ た. The semiconductor surface で で, combined が and cut れて surface state が to form されて る る る. そ の surface キ ャ リ ア を compensation す る た め に, バ ル ク か ら surface に 駆 け て バ ン ド が fold れ qu が っ て い る. Surface に が light when た る と, キ ャ リ ア が wound up さ れ, そ の light induced キ ャ リ ア は semiconductor internal の ポ テ ン シ ャ ル に 従 っ て distribution す る. N - type の occasions, ホ ー ル が surface side に た ま り, electronic は バ ル ク side に accumulation さ れ, キ ャ リ ア が out る の spatial distribution. New し こ の い キ ャ リ ア distribution が surface 団 か を compensation し, バ ン ド の fold れ qu が り は necessary な く な り, バ ン ド は フ ラ ッ ト に な る. こ の バ ン ド の wafer を light up power working fruit と shout び, this study で は こ の detente process detailed に を 観 measuring し た. Youdaoplaceholder0 そ results of rapid そ mitigation と遅 そ mitigation <s:1> Two types of <s:1> mitigation processes を occurrence た た. こ の 2 kinds の detente process の physical な メ カ ニ ズ ム を interpret す る た め に, 8 species の を intention し, semiconductor surface に masato す る パ ラ メ ー タ を variations change さ せ な が ら system に こ の 2 つ の の detente process variations change を adjustable べ た. そ の results, speed い は キ ャ リ ア が surface ポ テ ン シ ャ ル を ト ン ネ ル unseen fruit で す through る process, 遅 い party は heat excitation on process で あ る と with fixed し た. <s:1> <s:1> 2 types of <s:1> processes に objective て easing process を detailed に tuning べた <s:1> initial めてだ. ま た, ト ン ネ ル unseen fruit を with い て, light electricity の ダ イ ナ ミ ク ス を parsing し た の も early め て の try み で あ る. ま た, ease process の wound up パ ワ ー dependency を system に べ, wound up パ ワ ー を げ on line て く と, vibration phenomenon を 発 see し た. When the で は こ の phenomenon を nonlinear differential equations を with い て analytical し, linear 応 answer だ け を exam え て い て は, vibration phenomenon を explain で き な い こ と を shown し た. A detailed explanation of the な phenomenon に に and a more なる study が is necessary である.

项目成果

Electronic structure study of ultrathin Ag(111) films modified by a Si(111) substrate and √<3>×√<3>-Ag2Bi surface

Si(111)衬底和√<3>×√<3>-Ag2Bi表面修饰的超薄Ag(111)薄膜的电子结构研究

• DOI: 10.1088/0953-8984/24/11/115501
• 发表时间: 2012
• 期刊: Journal of Physics : Condensed Matter
• 作者: M.Ogawa;P.M.Sheverdyaeva;P.Moras;D.Topwal;A.Harasawa;K.Kobayashi;C.Carbone;I.Matsuda
• 通讯作者: I.Matsuda

Large out-of-plane spin polarization in a spin-splitting one-dimensional metallic surface state on Si(557)-Au

• DOI: 10.1103/physrevb.82.161410
• 发表时间: 2010-10-15
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Okuda, Taichi;Miyamaoto, Koji;Oguchi, Tamio
• 通讯作者: Oguchi, Tamio

Direct Spectroscopy Evidence of Spin-Dependent Hybridization between Rashba-Split Surface States and Quantum-Well States

拉什巴分裂表面态与量子阱态之间自旋相关杂化的直接光谱证据

• 发表时间: 2010
• 期刊: Physical Review Letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Ke He;Yasuo Takeichi;Manami Ogawa;Taichi Okuda;P.Moras;D.Topwal;Ayumi Harasawa;Torn Hirahara;C.Carbone;Akito Kakizaki;Iwao Matsuda
• 通讯作者: Iwao Matsuda

時間分解光電子分光によるSi(111)表面の表面光起電力効果の研究

时间分辨光电子能谱研究Si(111)表面的表面光伏效应

• 发表时间: 2012
• 作者: Taichi Okuda;Koji Miyamaoto;Yasuo Takeichi;Hirokazu Miyahara;Manami Ogawa;Ayumi Harasawa;Akio kimura;Iwao Matsuda;Akito Kakizaki;Tatsuya Shishidou;Tamio Oguchi;小河愛実;小河愛実
• 通讯作者: 小河愛実

Deveiopment of Laser-Synchrotron Radiation combined timeresolved photoemission spectroscopy system and researches of dynamics of semiconductor surface

激光同步辐射联合时间分辨光电子能谱系统研制及半导体表面动力学研究

• 发表时间: 2010
• 作者: Taichi Okuda;Koji Miyamaoto;Yasuo Takeichi;Hirokazu Miyahara;Manami Ogawa;Ayumi Harasawa;Akio kimura;Iwao Matsuda;Akito Kakizaki;Tatsuya Shishidou;Tamio Oguchi;小河愛実;小河愛実;小河愛実;小河愛実;小河愛実;小河愛実;小河愛実;小河愛実;小河愛実
• 通讯作者: 小河愛実