Probing ultrafast carrier dynamics in 2D semiconductors at atomic scale

在原子尺度上探测二维半导体中的超快载流子动力学

• 批准号: 21F21351
• 负责人: 吉田 昭二
• 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: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-11-18 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21351/
• 关键词: 走査プローブ顕微鏡; 超高速分光; テラヘルツ

本研究では、現有の時間分解THz-STM装置を用いて、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)原子層の励起子、キャリアの振る舞いを高い時空間分解能で観察することによってTMDC原子層の物性、機能の理解を深めることを目的としている。2021年度は下記の項目を実施した。(1)大面積TMDC単層作成手法の確立AuとTMDCの間の強い化学結合を利用してTMDCバルク単結晶から単層を機械剥離する方法を使用して数mm～1cmサイズの大きさの単層試料を作製することに成功した。得られた単層表面の清浄プロセスの最適化を行うことで、原子レベルで清浄な試料が得られることをSTMおよびAFM観察によって確認した。さらにこの手法を応用しMoS2/WSe2積層ヘテロ構造、WSe2ツイスト2層モアレ超格子を作製した。モアレ超格子構造の電子状態を極低温STMにより観察し、モアレポテンシャルによって発現するフラットバンド状態をイメージングすることに成功した。また絶縁、半絶縁基板上でのSTM測定を行うためにマイクロパターン電極を作成し、TMDC上に転写する技術を開発した。(2)SrTiO3上MoS2単層の励起子ダイナミクスの計測(1)の手法を用いて作成したMoS2単層上で時間分解THz-STM計測を行い、可視ポンプ光(517nm)により生成した励起子の緩和ダイナミクスを計測することに成功した。10ps程度と100ps～1000psの2成分の緩和過程が観測され、それらが場所に強く依存して変化する様子を空間分布測定により明らかにした。

在本研究中，我们将利用现有的时间分辨太赫兹-STM设备，通过高时空分辨率观察原子层中激子和载流子的行为来研究过渡金属二硫族化物（TMDC）原子层的物理性质和功能。以加深理解。 2021年，我们实施了以下几项工作。 (1) 建立大面积 TMDC 单层膜的制备方法 利用 Au 和 TMDC 之间的强化学键，采用机械剥离 TMDC 大块单晶单层的方法，我们可以制备出大面积 TMDC 单层膜，其尺寸为我们成功地生产出了几毫米到一厘米的单层样品。通过优化所得单层表面的清洁工艺，我们通过STM和AFM观察证实可以获得原子级清洁的样品。此外，我们应用该方法制备了MoS2/WSe2堆叠异质结构和WSe2扭曲两层莫尔超晶格。我们利用低温STM观察了莫尔超晶格结构的电子态，并成功地对莫尔势表示的平带态进行了成像。我们还创建了一种微图案电极，用于在绝缘和半绝缘基板上执行 STM 测量，并开发了一种将其转移到 TMDC 上的技术。 (2) SrTiO3上MoS2单层激子动力学的测量对采用(1)中方法制备的MoS2单层进行时间分辨太赫兹-STM测量，成功获得了可见泵浦光(517 nm)产生的激子动力学。测量松弛动力学。观察到约 10 ps 和 100 ps 至 1000 ps 的两个分量弛豫过程，空间分布测量揭示了它们如何强烈依赖于位置。

项目成果

Low-frequency multiplex CARS microscopy with a high-repetition near-infrared supercontinuum laser

采用高重复近红外超连续谱激光器的低频多重 CARS 显微镜

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac39b1
• 发表时间: 2021
• 期刊: Appl. Phys. Express
• 作者: Yusuke Arashida;Atsushi Taninaka;Takahiro Ochiai;Hiroyuki Mogi;Shoji Yoshida;Masamichi Yoshimura;Osamu Takeuchi;and Hidemi Shigekawa
• 通讯作者: and Hidemi Shigekawa

Ultrafast Dynamics Measurement by STM Combined with Advanced Optical Technologies

STM 与先进光学技术相结合的超快动态测量

• DOI: 10.1380/vss.65.66
• 发表时间: 2022
• 期刊: Vacuum and Surface Science
• 作者: Shoji Yoshida;Yusuke Arashida;Hiroyuki Mogi;Osamu Takeuchi;and Hidemi Shigekawa
• 通讯作者: and Hidemi Shigekawa

時間分解多探針STMを用いた単層WS2/WSe2面内ヘテロ接合の局所励起子ダイナミクス評価

使用时间分辨多探针 STM 评估单层 WS2/WSe2 面内异质结的局域激子动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: 茂木 裕幸;水野 良祐;和田 尚樹;宮田 耕充;嵐田 雄介;谷中 淳;吉田 昭二，武内 修，重川 秀実
• 通讯作者: 吉田 昭二，武内 修，重川 秀実

Tracking the light-driven layer stacking of graphene oxide

• DOI: 10.1016/j.carbon.2021.07.058
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: M. Hada;S. Ohmura;Y. Yamamoto;Yoshiya Kishibe;Wataru Yajima;R. Shikata;Tomohiro Iguchi;Keishi Akada-Ke

STM探針先端における中赤外パルスの熱影響計測

STM 探针尖端中红外脉冲的热效应测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 畑中 陽;嵐田 雄介;石川 雅士;茂木 裕幸;吉田 昭二;武内 修;重川 秀実
• 通讯作者: 重川 秀実