時間分解 SPM

用 途: 減衰時間測定、ポンププローブ実験、遅延線の制御、時間領域分析

時間と周波数は、最高の精度で測定できる物理的に観測可能なものです。
レーザがアト秒の解像度に達すると、多くの超高速現象を精巧に精査できるようになり、
他の電気的探査方法にも拡大できます。
これにより、同じポンプとプローブの原理に依存するさまざまなタイプの時間分解実験が
多数発生しました。したがって、ジッタと遅延を最小限に抑える遅延の正確な制御は、
この分野で最良の結果を得るための鍵です。


目 的: 終了状態と緩和状態の間の時間経過の制御、正確な時間ウィンドウ(ボックスカー)
での統合出力の測定、または平均(ロックイン)または瞬間(デジタイザー)応答のキャプチャ
利 点:
  • 生成/トリガー、遅延、遅延のスイープのためのすべての統合ソリューション
  • 既存のセットアップへのシンプルなアドオン
  • 電気駆動励起用のパルス整形(伝達関数応答の iFFT)
関連製品: UHFLIUHF-BOXUHF-AWGUHF-DIG


方 法

時間分解実験は、励起源が光学的または電気的に駆動される2つの主要なカテゴリに大きく分けることができます。
光学的方法はフェムト秒レーザで最高の時間分解能を提供しますが、電気的方法は高速の任意パルス
または波形ジェネレータ(AWG)でより簡単で費用対効果の高い実装を可能にします。
選択は、基本的に物理的観測の時間スケールに依存します。
検出は、レーザーの繰り返し速度と同期するか、AFM または SNOM の場合は機械的共振器の
共振周波数にロックできます。SNR は √N に依存するため、反復率が高いほど測定値の平均化が速くなります。
N は、所定の遅延時間でのサンプル数です。
チューリッヒインスツルメンツ UHFLI 600 MHz ロックインアンプでは、次の3つの検出方法を実装できます。

  • UHF-BOX Boxcar Averager:プローブからの応答のみがユーザ定義の時間枠内で
    キャプチャされ、サンプル数にわたって平均されます。
  • UHFLIロックイン増幅器:入射変調ビームまたは振動カンチレバーからの
    平均振幅出力を提供します。
  • UHF-DIGデジタイザー:トリガー条件に応じて動的応答をキャプチャし、
    励起に関する遅延を正確に制御します。

励起とプローブのスキームが異なる2つの具体例を以下で詳しく検討します。

検出にBoxcar Averagerを使用し、レーザーの繰り返し速度と同期したレーザーポンププローブ

検出に Boxcar Averager を使用し、レーザの繰り返し速度と同期したレーザポンププローブ



ロックインアンプ検出を使用したAWG励起を備えた電気ポンププローブ。
特定の遅延の平均値のみがプローブされます。



適用分野

  • 光ポンププローブ(パルスレーザを使用)
  • 電気ポンププローブ(AWGパルス生成付き)
  • 時間領域熱反射率(TDTR)
  • 量子デコヒーレンス測定
  • 時間分解 SPM、RF-STM
  • 蛍光減衰時間の測定


参考文献

  • Z. Schumacher et al. The limit of time resolution in FM-AFM by a pump-probe approach, Appl.
    Phys. Lett., 110, 053111 (2017)
  • J. Murawski et al., Tracking speed bumps in organic field-effect transistors via pump-probe KPFM,
    J. Appl. Phys. 118, 244502 (2015)
  • T. Cocker et al., An ultrafast terahertz STM, Nature Photonics 7, 620–625 (2013)
  • M. Mogenstern et al., STM Ready for the Time Domain, Science 329, 5999, (2010)
  • Superconducting Qubit Characterization, Zurich Instruments, Application Note, (2016)

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