原子3個分の厚さしかない層状半導体中の励起子の動きを可視化 10億分の１メートルの世界最高精度で
スマートフォンやインターネットなどの情报技术により、私たちの生活は飞跃的に便利になりました。その背景には、集积回路などの半导体工学技术やオプトエレクトロニクス(光电子工学)技术の発展があります。半导体素子を微细化することで高性能化が进んできましたが、従来技术では微细化が难しくなるなど、さらなる进展のための课题も见え始めています。
これを打ち破るため、次世代材料として注目されているのが、迁移金属ダイカルコゲナイド(罢惭顿颁)半导体材料です。１层の厚みが原子３个分ほどしかない极限的薄さのシート状物质で、光を吸収すると正の电荷(正孔)と负の电荷(电子)が结合した「励起子」と呼ばれる粒子が生成されます。その大きさは3ナノメートル（1ナノメートルは10亿分の1メートル）程度しかありません。半导体素子の光応答を决定づけるのはこの励起子であり、その动きを制御することで新たな技术応用の世界が开けます。このため、励起子の动きを1ナノメートルの精度で捉えることが求められています。しかし、これまでの手法では数十ナノメートルの精度が限界でした。
本研究では、TMDC半導体の一種であるWS2(二硫化タングステン)やWSe2(2セレン化タングステン)の励起子の動き（ダイナミクス）を1 ナノメートルスケールの精度で可視化することに世界で初めて成功しました。複数の探針を用いて試料の電気特性を調べるマルチプローブ法、ナノメートルの空間分解能を持つ走査トンネル顕微鏡法(STM)、そして100フェムト秒(10兆分の１秒）の時間分解能を持つレーザー技術を組み合わせた成果です。
本手法の実现により、光电変换デバイスの効率改善や、ナノメートルスケールで励起子を駆动する省电力情报デバイスの开発に大きく贡献することが期待されます。
笔顿贵资料
プレスリリース研究代表者
筑波?学 数理物质系物理?学域／イノベイティブ计测技术开発研究センター东京都立大学理学部物理学科
宮田 耕充 准教授