【速報】京大、励起子スピンが室温で特異な時空間ダイナミクスを示すことを発見
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京都大学(京大)は8月1日、偏光分解ポンプ・プローブ顕微鏡を開発し、「二次元層状ハライドペロブスカイト半導体」における励起子スピンが、室温で特異な時空間ダイナミクスを示すことを発見したと発表した。
同成果は、京大 科学研究所の金光義彦教授、同・湯本郷助教、同・関口文哉特定助教、同・若宮淳志教授、同・橋本塁人大学院生、同・中村智也助教らの研究チームによるもの。詳細は、米国科学振興協会が刊行する「Science」系のオープンアクセスジャーナル「Science Advances」に掲載された。
遷移金属ダイカルコゲナイトに代表される原子層半導体物質では、励起子スピンの空間パターン形成や長距離輸送が生じることが観測されており、励起子スピンを情報担体として用いるデバイスの開発が期待されている。しかし、これらの物質における励起子スピン緩和時間は短いため、励起子スピンの空間自由度が顕著に現れる現象の観測は低温に限られていたという。
そうした中で、有機鎖と二次元ペロブスカイト層が交互に積層した量子井戸構造からなる二次元層状ハライドペロブスカイトは、量子閉じ込め効果と誘電閉じ込め効果によって、励起子が室温でも安定に存在することが知られていたほか、左・右回り円偏光により、スピン偏極した励起子が選択的に励起できるため、新たな光スピンデバイス材料としても注目されている。特に、その比較的長いスピン緩和時間から、室温における励起子スピン輸送に向けた二次元量子材料系であり、その励起子スピンの時空間ダイナミクスの解明が望まれていたという。
そこで研究チームは今回、二次元層状ハライドペロブスカイトにおける励起子スピンの時空間ダイナミクスを観測するため、サブピコ秒・サブマイクロメートルの時空間分解能を持つ偏光分解ポンプ・プローブ顕微鏡を開発することにしたとする。 具体的には、円偏光ポンプによって生成された励起子スピンの量を反映して、直線偏光プローブ光の偏光面は回転するという特性があり、この回転角を高精度に計測し、時間分解空間イメージングを行うことにより、励起子スピンの時空間情報が明らかにされたという。
二次元層状ハライドペロブスカイト単結晶「(BA)2(MA)3Pb4I13(BA=C4H9NH3、MA=CH3NH3)」を対象に室温で測定が行われた結果、弱励起条件では、ポンプビーム形状を反映したガウシアン形の空間パターンを保ったまま励起子スピンが緩和していく様子が観測されたとする。
一方で、強励起条件では、励起直後のガウシアン形の空間パターンが励起から時間が経つにつれて、リング状の空間パターンへと発展していき、同時に高速な励起子スピン輸送が生じていることが確認されたとする。さらに、このような励起強度に依存した励起子スピンの時空間ダイナミクスが、励起子・励起子交換相互作用に起因していることが解明されたという。
なお、今回の研究成果により、二次元物質における励起子スピン自由度を利用した光スピンデバイスが室温で実現できる可能性が示されたと研究チームでは説明する。研究チームでは、このような特異な光スピン機能に加え、二次元層状ハライドペロブスカイトは、優れた光電・発光特性を示すことが知られていることから、次世代の太陽電池や発光ダイオード材料としても注目されており、これまで盛んに研究されてきた電気・光学特性に加えて、スピンにも注目することで、新たな材料や光電デバイスの開発が期待されるとしている。
https://i.imgur.com/ipU1A0D.jpg >>5
二次元物質における励起子スピン自由度を利用した光スピンデバイスが室温で実現できる可能性が示されたんや >>6
二次元物質における励起子スピン自由度を利用した光スピンデバイスが室温で実現できる可能性が示されたんやで 意味わからん
頭にアルミホイル巻いてる奴のはなし聞いてるみたいな気分 >>26
そうすると特異な時空間ダイナミクスを示せるらしいぞ
やってみる価値ありそうやな よくわからんけど室温で実験出来るようになって安く研究出来る可能性があるぐらいって事でええんか？ >>36
お前もネタ書いてるのかと思ってたら結構理解してる人で草 ほぼ理解できんが
非常な低温でなくても
原子配置とかを工夫することで
特定の量子状態を維持できることがわかって
量子素材としても使えそう、みたいな感じなんかな ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
