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時間分解走査トンネル顕微鏡システム

光励起現象の超高速ダイナミクス測定をナノスケールで観察!

時間分解走査トンネル顕微鏡システム・イメージ図 コンパクトにモジュール化した光学システムにより時間分解STM測定が簡単にできるようになりました

キャリア&電荷ダイナミクス

キャリア&電荷ダイナミクスimg

励起子ダイナミクス

励起子ダイナミクスimg

筑波大学重川研究室との共同開発
本開発はJST A-STEPの支援の下、実施されました

JST A-STEP 研究開発成果
ピコ秒&ナノメートル分解能でキャリアダイナミクス観察可能な顕微鏡を開発
商品カタログPDF


参考文献
"Externally-triggerable optical pump-probe scanning tunneling microscopy
with a time resolution of tens-picosecond"

Katsuya Iwaya, Munenori Yokota, Hiroaki Hanada, Hiroyuki Mogi, Shoji Yoshida,
Osamu Takeuchi, Yutaka Miyatake and Hidemi Shigekawa
Sci. Rep., 13, 818 (2023).

時間分解STMの原理

ポンプ光とプローブ光を試料に照射し、試料-探針間に流れるトンネル電流を測定します(右図)。 遅延時間が短い(長い)場合、励起状態はキャリアに占有されている(いない)ため、 プローブ光によって励起されるキャリア数は少なく(多く)なります。その結果、トンネル電流は小さく(大きく)なります(下図左)。 トンネル電流の遅延時間依存性を測定することにより、キャリアダイナミクスの情報(緩和時間など)が得られます(下図右)。 さらに、探針位置を変えることでナノスケール空間分解能でキャリアダイナミクス測定が可能になります。

時間分解STMの原理のイメージ
ポンプ・プローブ光による過渡トンネル電流と時間平均トンネル電流の関係 ポンプ・プローブ光による過渡トンネル電流と時間平均トンネル電流の関係のイメージ 時間平均トンネル電流の遅延時間依存性 時間平均トンネル電流の遅延時間依存性のイメージ

独自の遅延時間変調法

励起光照射による探針熱膨張効果を抑制し、かつ微小な時間分解トンネル電流信号を高精度で検出するためには、遅延時間を矩形波的に変化させる遅延時間変調測定が有効であることが知られています(特許取得済技術)。 本装置は、時間分解STM測定に最適な遅延時間変調システムと変調に同期してトンネル電流を検出するためのロックインアンプを備え、励起光を探針直下の試料へ照射するだけで時間分解STM測定を始められます。


独自の遅延時間変調法のイメージ

装置基本構成

装置基本構成のイメージ

装置の組み合わせ

用途に応じて様々なレーザーとSPMシステムの組み合わせが可能です。お気軽にご相談ください。


装置基本構成のイメージ

遅延時間変調励起光源ユニット OPP-PS, OPP-NS

※詳細は以下、装置画像・モデル名をクリック
遅延時間変調励起光源ユニットのイメージ OPP-PS(ピコ秒システム) OPP-NS(ナノ秒システム)
平均強度(レーザー1台) >25 mW@1 MHz (532 nm) 12-35 mW@10 MHz
パルス強度 >25 nJ (532 nm) 1.2 ~ 3.5 nJ
中心波長* 532 nm 405, 450, 488, 520, 640, 
785, 820 nmから選択
パルス幅 45±15 ps 最小: 6±1 ns, 最大: 39±3 ns
ジッター 25 ps 25 ps
レーザー繰り返し周波数 1 kHz -1 MHz 最大10 MHz
時間分解能** ~70 ps ~9 ns
*選択可能な波長は変更されることがあります。
**装置構成から算出される理論値であり、測定試料に応じて変化する場合があります。

ラインナップ

※詳細は以下、モデル名・装置画像をクリック
低温-超高真空時間分解STMシステム
USM1400-OPP
超高真空 時間分解マルチプローブ顕微鏡
USM1400-4P-OPP
ヘリウム超低消費超高真空低温走査型プローブ顕微鏡システム
USM1200
液体ヘリウムフリー超高真空低温 走査型トンネル顕微鏡システム
USM1800
USM1400-OPPのイメージ USM1400-4P-OPPのイメージ USM1200のイメージ USM1800のイメージ

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