二次元極限材料における高エネルギー励起キャリアの光電変換機能探索

• Project/Area Number: 16K17485
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nanostructural physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小澤 大知 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 特別研究員(PD) (30756060)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 二次元材料 / 原子層 / 光検出器 / ヘテロ構造 / ナノ材料 / オプトエレクトロニクス / 高効率太陽光発電材料 / マイクロ・ナノデバイス / 再生可能エネルギー

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、二次元極限材料における高エネルギー励起キャリアの光電変換機能探索である。応募者が発見した、二次元極限材料遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)における高エネルギー励起キャリア生成機構と、TMDヘテロ構造間の電荷・エネルギー移動機構を組み合わせ、ハイブリッド構造間の相互作用制御方法を確立する。本研究を通して、光電変換過程で熱として散逸されていた光励起キャリアの余剰エネルギーを有効に利用するホットキャリア型光電変換デバイスの原理実証を目指した。
初年度はまず、1. イオン液体をゲート誘電体とした二次元材料光検出器の作製と、2. ヘテロ構造を用いた光検出器の作製を目指した。1.に関しては二次元材料WSe2原子層においてp-n接合形成を確認し、さらにそこで光検出ができることを示した。ここまでの結果を論文としてまとめ、米国応用物理学会誌Applied Physics Lettersに成果発表した。2.に関しては二次元材料MoS2と同じく二次元材の料黒リンを重ね合わせてヘテロ構造を作製し、フォトトランジスタを作製した。MoS2と黒リンとの間に二次元のp-n接合が形成され、単体の黒リンと比べてフォトレスポンスが向上することを示した。この研究成果をアメリカ化学会、アメリカ化学工学会、材料科学会で発表した。以上、1.と2.の成果を応用し、今後の二次元極限材料における高エネルギー励起キャリアの光電変換機能探索へと発展することが期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] King Abdullah University Sci. & Tech.(サウジアラビア)
• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
• [Journal Article] Evidence for fast interlayer energy transfer in MoSe2/WS2 heterostructures (2016)
  • Author(s): D. Kozawa, A. Carvalho, I. Verzhbitskiy, F. Giustiniano, Y. Miyauchi, S. Mouri, A. H. Castro Neto, K. Matsuda, and G. Eda
  • Journal Title: Nano letters Volume: 16 Issue: 7 Pages: 4087-4093
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00801
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photodetection in p-n junctions formed by electrolyte-gated transistors of two-dimensional crystals (2016)
  • Author(s): Daichi Kozawa, Jiang Pu, Ryo Shimizu, Shota Kimura, Ming-Hui Chiu, Keiichiro Matsuki, Yoshifumi Wada, Tomo Sakanoue, Yoshihiro Iwasa, Lain-Jong Li, Taishi Takenobu
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 109 Issue: 20 Pages: 201107-201107
  • DOI: 10.1063/1.4967173
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Exciton-plasmon coupling and electromagnetically induced transparency in monolayer semiconductor hybridized with Ag nanoparticels (2016)
  • Author(s): W. Zhao, S. Wang, B. Liu, I. Verzhbitskiy, S. Li, F. Giustiano, D. Kozawa, K. P. Loh, K. Matsuda, K. Okamoto, R. F. Oulton, and G. Eda
  • Journal Title: Adv. Mat. Volume: 28 Issue: 14 Pages: 2709-2715
  • DOI: 10.1002/adma.201504478
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of electrolyte gating on photoluminescence spectra of large-area WSe2 monolayer films (2016)
  • Author(s): Keiichiro Matsuki, Jiang Pu, Daichi Kozawa, Kazunari Matsuda, Lain-Jong Li, Taishi Takenobu
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 55 Issue: 6S1 Pages: 06GB02-06GB02
  • DOI: 10.7567/jjap.55.06gb02
  • NAID: 210000146605
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Observation of Switchable Photoresponse of a Monolayer WSe2-MoS2 Lateral Heterostructure Via Photocurrent Spectral Atomic Force Microscopic Imaging (2016)
  • Author(s): D. Kozawa, Y. Son, M-Y Li, C-C Cheng, K-H Wei, P. Liu, Q.H. Wang, L-J Li, M.S. Strano
  • Organizer: MRS Fall 2016
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, Boston, MA, USA
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MoS2-Passivated Bilayer Phosphorene Phototransistors (2016)
  • Author(s): D. Kozawa, Y. Son, A.T. Liu, V. Koman, Q.H. Wang, M.S. Strano
  • Organizer: MRS Fall 2016
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, Boston, MA, USA
  • Year and Date: 2016-11-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MoS2-Passivated Bilayer Phosphorene Phototransistors (2016)
  • Author(s): D. Kozawa, Y. Son, A.T. Liu, V. Koman, Q.H. Wang, M.S. Strano
  • Organizer: 2016 AIChE Annual Meeting
  • Place of Presentation: Hilton San Francisco Union Square, San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of Switchable Photoresponse of a Monolayer WSe2-MoS2 Lateral Heterostructure Via Photocurrent Spectral Atomic Force Microscopic Imaging (2016)
  • Author(s): D. Kozawa, Y. Son, M-Y Li, C-C Cheng, K-H Wei, P. Liu, Q.H. Wang, L-J Li, M.S. Strano
  • Organizer: 2016 AIChE Annual Meeting
  • Place of Presentation: Hilton San Francisco Union Square, San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2016-11-14
• [Presentation] Observation of switchable photoresponse of a monolayer WSe2-MoS2 lateral heterostructure via photocurrent spectral atomic force microscopic imaging (2016)
  • Author(s): D. Kozawa, Y. Son, M-Y Li, C-C Cheng, K-H Wei, P. Liu, Q.H. Wang, L-J Li, M.S. Strano
  • Organizer: ACS National Meeting
  • Place of Presentation: Pennsylvania Convention Center, Philadelphia, PA, USA
  • Year and Date: 2016-08-24
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 小澤大知
  • URL: http://daichikozawa-jp.blogspot.com/
• [Remarks] Daichi Kozawa
  • URL: http://daichikozawa.blogspot.com/