原子や電子の動きを30兆分の1秒の精度で捉える顕微鏡を開発筑波大学

　現代社会で私たちの身の回りの生活や産業を支える根幹的な技術が，半導体を利用したエレクトロニクス（電子工学）やオプトエレクトロニクス（光電子工学）である。そこで使われるデバイスを微細化することで，省電力化や高速化が進んできた。半導体素子の単位は10 nmを下回る領域に入り，動作時間のスケールも1 ps（ピコ秒）に迫っている。さらなる性能向上が進められているが，その進歩故にデバイスの性能を測定することさえ困難になってきた。現在は，デバイス中の原子1個1個を区別しながら1 psより十分に速い時間領域で物質の電気的特性を調べたり，撮像したりする技術の確立が求められている。
　固体表面のイメージングでは，「走査型トンネル顕微鏡（STM）」という装置が用いられてきた。先端が原子1個ほどの細さの金属探針に電圧をかけ，探針と試料との間に流れる電流を測定してイメージングする。STMではこれまで，テラヘルツ（THz）電磁波を用いることで，1 psの時間精度で1 nmより小さな原子で構成される半導体表面の構造や電子状態を実空間イメージング計測する技術が確立されていた。
　この度，筑波大学の研究グループは，中赤外線と呼ばれる光を利用した新しい技術を用い，従来と比べ30倍速い30 fs（フェムト秒）の世界の時間領域（≒30兆分の1秒）で，原子や電子の動きを実空間（3次元空間）イメージング計測できる時間分解STM法を開発したと発表した。
　次世代電気デバイス材料として期待がかかる層状半導体MoTe₂（二テルル化モリブデン）試料に本手法を適用し，試料に瞬間的に光を当て，その後の変化を観察した。その結果，MoTe₂のバンドギャップエネルギー（材料の電子状態を定める特性の1つ）が光励起により変化する様子を，従来にない時間精度で，直接観察することができた。
　今後，次世代の光メモリーや光電変換デバイスなど新たな材料や素子の開発・機能開拓の進展が期待される。