金光義彦 化学研究所教授、湯本郷 同助教、関口文哉 同特定助教、若宮淳志 同教授、橋本塁人 同博士後期課程学生、中村智也 同助教の研究グループは、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ました。
ハライドペロブスカイト半导体では、円偏光した光を照射することによってスピン偏极した励起子が生成します。そこで、円偏光ポンプ光によって生成された励起子スピンの空间イメージを各ポンプ?プローブ遅延时间で测定することにより、その时空间ダイナミクスを调べました。ポンプ强度が强い时、ポンプビーム形状を反映した励起直后のガウシアン形の空间パターンが、励起から时间が経つにつれてリング状になり、また同时に高速な励起子スピン输送が生じていることを见出しました。さらに、このような励起强度に依存した特异な励起子スピンの时空间ダイナミクスが励起子多体相互作用に起因していることを明らかにしました。
この结果は、二次元层状ハライドペロブスカイト半导体を用いることにより、励起子スピンを利用した新たな光スピンデバイスが室温で実现できる可能性を示唆しており、今后、励起子スピンを用いた情报処理デバイスや円偏光発光ダイオードなどの开発に贡献できることが期待されます。
本研究成果は、2022年7月29日に、科学誌「Science Advances」にオンライン掲載されました。
二次元层状ハライドペロブスカイトに照射する円偏光ポンプ强度が强い时、励起子スピンの空间パターンが励起から时间が経つにつれてリング状になり、同时に高速な励起子スピン输送が生じていることを発见。
研究者のコメント
「本研究では、优れた光电?フォトニクス材料として注目されている二次元层状ハライドペロブスカイトが、光スピンデバイス材料としても兴味深い材料系であることを、偏光分解ポンプ?プローブ顕微分光を用いることにより明らかにしました。今后も多重量子井戸构造と単原子层材料の特徴を併せ持つ特异な二次元材料系である二次元层状ハライドペロブスカイトに着目し、先端分光手法を駆使しながら、従来の材料では実现できない新たな光机能の开拓に取り组んでいきたいと考えています。」（汤本郷）
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【书誌情报】
Go Yumoto, Fumiya Sekiguchi, Ruito Hashimoto, Tomoya Nakamura, Atsushi Wakamiya, Yoshihiko Kanemitsu (2022). Rapidly expanding spin-polarized exciton halo in a two-dimensional halide perovskite at room temperature. Science Advances, 8(30):eabp8135.
