超短パルス軟Ｘ線分光法によるディラックフェルミオンの超高速ダイナミクスの研究

利用超短脉冲软 X 射线光谱研究狄拉克费米子的超快动力学

• 批准号: 15J11895
• 负责人: 染谷 隆史
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11895/
• 关键词: グラフェン; キャリアダイナミクス; 超高速分光; 時間分解光電子分光法; 電荷移動ダイナミクス; 超高速現象; ディラック電子系

グラフェンはわずか炭素原子一層からなる究極のナノ材料であり、優れた電子・光特性を有することから、次世代の光電子デバイス材料として有望視されている。我々はこれまでデバイス動作の基礎となるグラフェンの光応答の研究を行い、フェムト秒（千兆分の一秒）という極めて短い時間スケールでの超高速キャリアダイナミクスを明らかにした。本年度はその延長として、グラフェンと半導体の接合系での電荷移動ダイナミクスの追跡を行い、フェムト秒からマイクロ秒（百万分の一秒）に渡る包括的なキャリアダイナミクス研究を試みた。SiC（シリコンカーバイド）熱分解法はSiCの加熱というシンプルなプロセスで大面積・高品質なグラフェンシートを作成できることから、工業利用に適した手法である。グラフェンの成長基板となるSiCの最表面には、Siで終端されたSi面とCで終端されたC面の二種類が存在し、それぞれで異なった界面状態を持つグラフェンが得られることが知られている。そこで我々はSi終端面上グラフェン（Si面グラフェン）とC終端面上グラフェン（C面グラフェン）のキャリアダイナミクスを調べ、その時間構造および界面状態がダイナミクスに及ぼす影響を時間分解光電子分光法により調べた。その結果、グラフェンとSiC基板は共通であるのに関わらず、Si面グラフェンとC面グラフェンでキャリアダイナミクスの緩和時間が大きく異なり、界面状態での緩和が示唆される結果が得られた。Si面およびC面グラフェンにおける界面状態密度とグラフェンの状態密度を見積もったところ、Si面グラフェンでは界面状態でのキャリア再結合、C面グラフェンではグラフェン内でのキャリア再結合が緩和時間を決めていることを明らかにした。

グ ラ フ ェ ン は わ ず か carbon atoms layer か ら な る ultimate の ナ ノ material で あ り, superior れ た electronic, optical properties を have す る こ と か ら, next generation の photoelectron デ バ イ ス material と し て is expected to see さ れ て い る. I 々 は こ れ ま で デ バ イ ス action based と の な る グ ラ フ ェ ン の light 応 answer の research を い, フ ェ ム ト seconds (gigabit の one second) と い う extremely め て short time い ス ケ ー ル で の ultra-high-speed キ ャ リ ア ダ イ ナ ミ ク ス を Ming ら か に し た. This year は そ の extended と し て, グ ラ フ ェ ン と semiconductor の joint department で の charge mobile ダ イ ナ ミ ク ス の tracing line を い, フ ェ ム ト seconds か ら マ イ ク ロ seconds (a second hundred thousand times の) crossing に る including な キ ャ リ ア ダ イ ナ ミ ク ス research を try み た. SiC (シ リ コ ン カ ー バ イ ド) thermal decomposition は SiC heating の と い う シ ン プ ル な プ ロ セ ス で large area, high quality な グ ラ フ ェ ン シ ー ト を made で き る こ と か ら, industrial use に optimum し た gimmick で あ る. グ ラ フ ェ ン の growth substrate と な る SiC の most surface に は, Si で terminal さ れ た Si surface と で C terminal さ れ た C surface の two kinds が し, そ れ ぞ れ で different な っ た interface state を hold つ グ ラ フ ェ ン が have ら れ る こ と が know ら れ て い る. そ こ で I 々 は Si terminal surface グ ラ フ ェ ン (Si surface グ ラ フ ェ ン) と C terminal surface グ ラ フ ェ ン (C surface グ ラ フ ェ ン) の キ ャ リ ア ダ イ ナ ミ ク ス を べ, そ の time structure お よ び interface state が ダ イ ナ ミ ク ス に and ぼ す を time decomposition photoelectron spectrometry に よ り adjustable べ た. そ の results, グ ラ フ ェ ン と SiC substrate は common で あ る の に masato わ ら ず, Si グ ラ フ ェ ン と C surface グ ラ フ ェ ン で キ ャ リ ア ダ イ ナ ミ ク ス の time が big き く different な り, interface state で の ease が in stopping さ れ る results ら が れ た. Si surface お よ び C surface グ ラ フ ェ ン に お け る interface state density と グ ラ フ ェ ン の state density を see product も っ た と こ ろ, Si グ ラ フ ェ ン で は interface state で の キ ャ リ ア recombination, C グ ラ フ ェ ン で は グ ラ フ ェ ン within で の キ ャ リ ア combining が time を definitely め て い る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

軟X線時間分解光電子分光法によるグラフェン/SiC界面の電荷移動ダイナミクスの研究

使用软X射线时间分辨光电子能谱研究石墨烯/SiC界面的电荷转移动力学

• 发表时间: 2017
• 作者: 染谷隆史;吹留博一;山本達;遠藤則史;松田巌
• 通讯作者: 松田巌

フェムト秒域時間分解光電子分光法と三温度モデル解析によるグラフェンの超高速キャリアダイナミクスの研究

利用飞秒时间分辨光电子能谱和三温模型分析研究石墨烯中的超快载流子动力学

• 发表时间: 2015
• 作者: 染谷隆史;吹留博一;渡邊浩;山本貴士;岡田大;鈴木博人;飯盛拓嗣; 石井順久;金井輝人;田島 圭佑;Baojie Feng;山本達;板谷治郎;小森文夫;岡崎浩三;辛埴;松田巌
• 通讯作者: 松田巌

Determination of the element-specific complex permittivity using a soft x-ray phase modulator

使用软 X 射线相位调制器测定元素特定的复介电常数

• DOI: 10.1103/physrevb.96.214417
• 发表时间: 2017
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kubota Y.;Hirata Y.;Miyawaki J.;Yamamoto S.;Akai H.;Hobara R.;Yamamoto Sh.;Yamamoto K.;Someya T.;Takubo K.;Yokoyama Y.;Araki M.;Taguchi M.;Harada Y.;Wadati H.;Tsunoda M.;Kinjo R.;Kagamihata A.;Seike T.;Takeuchi M.;Tanaka T.;Shin S.;Matsuda I.
• 通讯作者: Matsuda I.

Resonant magneto-optical Kerr effect measurement system with polarization analysis using a high harmonic generation laser

使用高次谐波发生激光器进行偏振分析的谐振磁光克尔效应测量系统

• DOI: 10.1016/j.elspec.2017.09.001
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena
• 影响因子: 1.9
• 作者: Yamamoto Sh.;Oumbarek D.;Fujisawa M.;Someya T.;Takahashi Y.;Yamamoto T.;Ishii N.;Yaji K.;Yamamoto S.;Kanai T.;Okazaki K.;Kotsugi M.;Itatani J.;Shin S.;Matsuda I.
• 通讯作者: Matsuda I.

軟 X 線時間分解光電子分光法によるグラフェン/SiC界面の電荷移動ダイナミクスの研究

使用软X射线时间分辨光电子能谱研究石墨烯/SiC界面的电荷转移动力学

• 发表时间: 2017
• 作者: 染谷隆史;吹留博一;山本達;遠藤則史;松田巌
• 通讯作者: 松田巌