Theoretical Functional Design of 2D Topological Materials and Photonics Applications
| Project/Area Number |
21H01019
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
若林 克法 関西学院大学, 工学部, 教授 (50325156)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
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| Keywords | トポロジカル物質 / グラフェン / 原子膜物質 / シフト電流 / エネルギーハーベスティング / 非線形光学応答 / 2.5次元物質 / スピントロニクス / フォトニック結晶 / 光学応答 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 高次トポロジカル状態 / NbSe2 / 円偏光 / 電子輸送現象 / ザック位相 / 光応答 / SSH模型 / ナノリボン |
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| Outline of Research at the Start |
グラフェンなどの系の厚さが一原子層である原子膜物質では、エッジや表面などによって、特異な電子物性が発現する。さらに近年、物質科学をトポロジー（位相幾何学）の概念で捉え直すことで、物質の境界面に特異な局在状態が出現することが指摘されている。これらトポロジカルに保護された状態は、新しい電子・光デバイス設計への源泉となるものである。
本研究では、二次元原子膜の電子波動関数が有するトポロジーに着目し、物質の機能を設計する理論を整備する。原子膜物理とフォトニクスを分野横断する研究を推進し、新しい光・電子デバイスの基盤となる基礎物性の理論的解明を行ない、「トポロジカル機能設計」の基礎学理の構築に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンや遷移金属カルコゲナイド系物質(TMDC)などの系の厚さが一原子層である原子膜物質では、エッジや表面などによって、特異な電子物性が発現する。さらに近年、物質科学をトポロジー（位相幾何学）という数学概念で捉え直すことで、結晶中のブロッホ電子が有する波動関数の位相情報によって、エッジ・ヒンジ・コーナーなどの物質境界に出現する特異な局在状態が規定されることがわかってきている。エッジやコーナーなどの境界での波動関数の局在は、ナノスケール材料における局在磁性や完全伝導チャンネルの起源となる一方、フォトニクス結晶の言葉に焼き直せば、光の局在（閉じ込め）や高効率光伝搬に対応する。これらトポロジカルに保護された状態は、新しい電子・光デバイス設計への源泉となるものである。
本研究では、二次元原子膜の電子波動関数が有するトポロジーに着目し、物質の機能を設計する理論を整備する。さらに、原子膜物質で得られた知見を、より実装しやすい電磁場系に展開を図り、フォトニック結晶の設計へと繋げる。原子膜物理とフォトニクスを分野横断する研究を推進し、新しい光・電子デバイスのベースとなる基礎物性の理論的解明へと貢献する。本研究課題によって、二次元原子膜物理からフォトニック系にわたる、新たなトポロジカル状態の発見や制御の指針を提示する。さらに、「トポロジカル機能設計」の基礎学理の構築に貢献する。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(54 results)
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[Journal Article] An epitaxial graphene platform for zero-energy edge state nanoelectronics2022
Author(s)
Prudkovskiy Vladimir S.、Hu Yiran、Zhang Kaimin、Hu Yue、Ji Peixuan、Nunn Grant、Zhao Jian、Shi Chenqian、Tejeda Antonio、Wander David、De Cecco Alessandro、Winkelmann Clemens B.、Jiang Yuxuan、Zhao Tianhao、Wakabayashi Katsunori、Jiang Zhigang、Ma Lei、Berger Claire、de Heer Walt A.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Issue: 1
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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