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。