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	UHFLI、UHF-BOX、UHF-AWG、UHF-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ー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、レーザー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（パルスレーザーを使用）
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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