物性セミナー/2018-6-28

全ての物質は正負の荷電粒子から構成されている。絶対零度でない限り、それらの荷電粒子は必ず揺らぎ運動をしている。つまり、あらゆる物質中にはどんな場合でも、必ず電荷・電流揺らぎが存在する。熱平衡条件下ならそれは熱揺らぎ（ナイキスト熱雑音）だし、非平衡条件下なら過剰揺らぎ（ショット雑音などの過剰雑音）である。物質中のナノ領域の揺らぎ（雑音）は、その場所で何が起こっているかについてのヒントを与える、基本的かつ重要な指標である。物質中の電荷・電流揺らぎを超高分解能かつ超高感度で観察する顕微鏡がもしあれば、便利で強力な測定手段になるだろう。しかし従来そんな顕微鏡は存在しなかった。しかし最近、新たな技術が開発されて挿引雑音顕微鏡(SNoiM)という装置が開発され、光明が見えてきた。そのことについて話す。物質内部の奥深くの揺らぎは検出が難しい。しかし、表面近傍の揺らぎは物質表面（< 30 nm）に電磁場揺らぎ（エバネセント波）を作るので、その揺らぎ電磁場（周波数15THzから30THz）を近接場光学技術と超高感度赤外/THz検出器を使って捉えることができる。講演では、この顕微鏡(SNoiM)の検出機構と、現在までに得られた以下3つの測定例について説明する。(i) 室温で熱平衡状態の金属中伝導電子の熱揺らぎに伴う揺らぎパターン, (ii)電流通電状態での金属細線中の局所的ジュール熱発生、(iii) 半導体微小素子（GaAs/AlGaAs nano constriction device）中の,常温駆動時のホット・エレクトロン分布の可視化。以上の測定結果に加えて、さらに、SNoiMの今後の発展可能性についても話したい。