2次元層状物質のコヒーレントフォノン制御下におけるキャリア輸送特性の解明

阐明二维层状材料相干声子控制下的载流子传输特性

• 批准号: 22KJ0352
• 负责人: 福田 拓未
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0352/
• 关键词: 2次元層状物質; 電子格子相互作用; 超高速光物性; 強相関電子系; 光誘起相転移; 非平衡周期駆動現象; 遷移金属ダイカルコゲナイド; コヒーレントフォノン; 周期駆動系; 非平衡量子多体現象

本年度は、(i)半導体2H-MoTe2の非平衡電子・構造ダイナミクス、(ii)ダブルパルス光学系を用いた強相関電子系TiSe2の電荷密度波(CDW)状態の超高速ダイナミクスに関する研究を主に行った。(i)では，昨年度から研究を進めている長寿命なコヒーレントフォノンによる電子・正孔プラズマ系の非平衡周期駆動現象(フロッケ状態)の波長依存性について知見を深めた。その結果，観測されるフォノンの高次振動が共鳴励起で特に強められることが分かった。この知見は，今後あらゆる固体のフロッケ電子状態を実験的に調べるために重要な情報である。さらに，高密度励起光密度照射下での過渡的な構造ダイナミクスを時間分解反射率変化と超高速電子線回折実験(UED)により包括的に調べた。両実験において，2H相から1T'相への構造変化は観測されず，価電子の0.4%に相当する電子励起で構造変化の飽和(過飽和吸収)が起きることが明らかになった。これらの知見は今後MoTe2での非平衡電子・構造状態を実現し，評価するために重要な情報である。(i)で得られた2つの研究成果は現在国際学術雑誌に投稿・査読中である。(ii)では，本来常温では見られないTiSe2の過渡的な揺らぎCDW相をフェムト秒パルス励起によって発見した。さらに，2つの励起光を用いることで，揺らぎCDW相の過渡的な消失ダイナミクスを可視化することができた。この研究成果は，光によって強相関電子系の物性制御ができることを示している点で重要であり，現在国際学術雑誌に投稿・査読中である。(i), (ii)以外の研究成果として，MoSe2とWSe2のTHz放出に関する共同研究がJ.Appl.Phys.誌に採択された。また，2次元物質の光電流の時間応答を測定するために、産総研ナノプロセシング施設のマスクレス露光装置などを利用して、デバイス作成を継続して行っている。

This year, we conducted research on (i) non-equilibrium electron structure of semiconductor 2H-MoTe2, and (ii) ultra-high speed electron structure of charge density wave (CDW) state of TiSe2, a strongly correlated electron system used in optical systems. (i)The wavelength dependence of non-equilibrium periodic oscillation phenomena in electron and positive pore systems has been studied in recent years. As a result, the resonance excitation of the high-order vibration is particularly strong. This information is important to the future development of the electronic state. In addition, the transition structure under high intensity excitation light density irradiation includes time-resolved reflectance change and ultra-high-speed electron beam reflection (UED). In this case, the structural change of the 2H phase from the 1T phase is measured, and the saturation of the structural change of the electron excitation corresponding to 0.4% of the electrons (supersaturated absorption) is caused. This information is important for understanding the non-equilibrium electronic structure of MoTe2 in the future. (i)The results of this research are now published in international academic journals. (ii)In contrast, the transition from TiSe2 to CDW at room temperature was observed. In addition, the excitation light is used to visualize the disappearance of CDW phase transitions. The results of this research are important for the control of physical properties of strongly correlated electron systems in light, and are now submitted to international academic journals. (i), (ii) Other research results and joint research on THz emission of MoSe2 and WSe2 were collected by J. Appl.Phys. The time response of photocurrent in two-dimensional matter is measured by using a photoemission device.

项目成果

The initial time-delay response of reflectivity changes in photoexcited two-dimensional layered semiconductor 2H-MoTe2

光激发二维层状半导体2H-MoTe2反射率变化的初始时滞响应

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Fukuda;P. Fons;K. Makino;Y. Saito;K. Ueno;J. Afalla;M. Hase
• 通讯作者: M. Hase

Ultrafast Time-Resolved Electron Diffraction Measurements on Single Layer and Bulk Transition-Metal Dichalcogenide MoSe2

单层和块状过渡金属二硫化物 MoSe2 的超快时间分辨电子衍射测量

• 发表时间: 2023
• 作者: U. Ozaki;T. Fukuda;K. Ito;K. Ueno;S. Yoshida;M. Hase;M. Hada
• 通讯作者: M. Hada

Ultrafast dynamics of coherent phonons and phonon-polaritons in lithium niobate crystals

铌酸锂晶体中相干声子和声子极化子的超快动力学

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac871c
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Abulikemu Aizitiaili;Fukuda Takumi;Hase Muneaki
• 通讯作者: Hase Muneaki

Non-equiilibrium steady states periodically driven by a long-lived coherent phonon in 2H-MoTe2

2H-MoTe2 中长寿命相干声子周期性驱动的非平衡稳态

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Fukuda;K. Makino;Y. Saito;P. Fons;A. V. Kolobov;A. Ando;T. Mori;R. Ishikawa;K. Ueno;J. Afalla;M. Hase
• 通讯作者: M. Hase

Photo‐induced Tellurium segregation in MoTe2

MoTe2 中的光致碲偏析

• DOI: 10.1002/pssr.202100633
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physica Status Solidi (RRL) Rapid Research Letters
• 作者: Fukuda Takumi;Kaburauchi Ryota;Saito Yuta;Makino Kotaro;Fons Paul;Ueno Keiji;Hase Muneaki
• 通讯作者: Hase Muneaki