OIST,電子デバイス開発に向けて新たなメカニズムを実証

沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究グループは,ナノメートルの空間規模とフェトム秒の時間間隔で電子を制御できる可能性のある,光を用いた新たなメカニズムを実証した(ニュースリリース)。

半導体に電圧を印加すると,物質中の電子の流れを決める電界が生成される。研究グループは,表面光起電力効果と呼ばれる物理現象を利用して電界を物質表面に誘起させ,電子の流れを逆の2方向に導くことに成功した

表面光起電力効果とは,光度を変化させることで物質の表面電位を変化させることのできる効果をいう。レーザー光線の強度の不均一さを利用して局所表面電位を操作し,空間的に変化する電界を光励起スポット内で生成させる。これにより,光スポット内の電子の流れを制御することが可能になるという。

フェムト秒分光法では通常,サンプル内の電子を励起させるのに,「ポンプパルス」となる超高速レーザー光線を最初に使用する。その後,励起した電子の状態を追跡するために,「プローブパルス」となる超高速レーザー光線をサンプル上に照射する。この手法は,ポンプ・プローブ分光法としても知られており,非常に短い時間間隔で励起電子の運動を観測することが可能になる。

さらに,電子顕微鏡を組み合わせることで,レーザー光線スポットの極小領域内でも励起電子の運動を直接撮影することのできる空間分解能が得られる。これらの高い空間分解能と時間分解能を有する2つの技術を組み合わせることで,逆の2方向に導かれる電子の流れを動画に記録することが可能になったという。

この研究の結果は,焦点内のレーザー光線の空間強度の変化を利用し,電子運動を光の解像限界を超えて制御できる可能性も示すもの。研究グループは,このメカニズムをナノスケールの電子回路の操作に利用できるとし,機能的なナノスケールの超高速デバイスの実現に向けて研究を続けていくとしている。

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