光ポンププローブSTM：光強度を変化させない遅延時間変調法

摘要

走査トンネル顕微鏡(STM)と超短パルスレーザーを組み合わせて時間分解STM を構成しようとする数ある試みの中の数少ない成功例として、遅延時間変調を用いた光ポンププローブSTM(OPP-STM)が知られている[1]。この手法が時間分解STM として成功を収めた１つの理由として、この手法では光強度ではなく遅延時間を変調し、それに同期したロックイン検出を行うため、光強度変化によりSTM 探針が熱膨張?伸縮してしまうというSTM に特有の問題を避けられることが挙げられる。OPP-STM ではSTM 探針直下の試料にポンプ光パルスを照射した後、一定の遅延時間の後にプローブ光パルスを照射する。ポンプ光により励起された試料がプローブ光到達時にどれだけ緩和したかをSTM 電流を介して局所観察することが測定の基本である。遅延時間をΔ _1とΔ _2との間で周期的に切り替え、それに同期してトンネル電流のロックイン検出を行えば、ロックイン出力は２つの遅延時間に対応するトンネル電流の差 (Δ _1) ? (Δ _2) に比例する。したがって、Δ _2を固定し、Δ _1を走査することでトンネル電流の遅延時間依存性を高精度に測定できる。