歪んだ原子層物質における室温純粋円偏光発光と電気的円偏光制御の実現

• Project/Area Number: 22H00280
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹延 大志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70343035)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蒲 江 東京工業大学, 理学院, 准教授 (00805765) ; 宮田 耕充 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (80547555)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000); Fiscal Year 2025: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2024: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2023: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2022: ¥15,990,000 (Direct Cost: ¥12,300,000、Indirect Cost: ¥3,690,000)
• Keywords: 原子層物質 / 円偏光発光

Outline of Research at the Start

近年、様々な分野において円偏光光源の必要性が急速に高まっている。しかしながら、既存技術による円偏光発光（右回り・左回り）の電気的な制御は極めて困難であり、円偏光を用いた次世代技術の可能性を大幅に狭めている。本研究は、全く新しい原理を用いた 室温における電流励起円偏光発光素子と、その電気的な偏光方向の切り替えの実現に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、全く新しい原理を用いた 室温における電流励起円偏光発光素子と、その電気的な偏光方向の切り替えの実現を目的とする。具体的には、申請者が発見した独自技術 『歪みを導入した原子層物質における室温かつ電気的制御可能な円偏光発光』を発展させる。本効果に関する理論計算は、室温における偏極率100%の純粋円偏光発光と電気的制御を予言しており、本研究は偏光方向制御の学理構築と、室温における純粋円偏光発光の電気的制御に挑戦している。
これまでの研究は、可撓性を有するプラスチック基板上に原子層物質を用いた発光素子（電気二重層発光ダイオード）を作製し、『プラスチック基板を曲げる』という簡便な方法により歪みを導入した。この際、原子層物質に導入される歪みは、プラスチック基板の厚みと屈曲時の曲率半径Rに比例し、本手法により10%を超える一軸性弾性変形が実現可能だ。しかし、大きく屈曲した基板は発光実験が難しく、現状では1%程度の歪みによる24%の偏極率に留まっていた。そこで、特に2023年度は、昨年度実現した1%を超える歪みの導入方法を発光素子に導入した。加えて、「より高強度な電場の導入」と「高密度なキャリアドーピング」を実現するために i) 冷却により電解質を凍結させ、電位窓を大きく超える電圧印加、(ii) 電解質が追随不可能な電圧パルスを用いた酸化還元反応を引き起こさない強電場印加手法の確立、の二点に着手し、大きな成果を得た。特に、2024年度に達成を目指していた「高密度なキャリアドーピング」に成功し、予定を前倒して研究を推進した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2023年度の目標であった「より高強度な電場の導入」に成功した。加えて、2024年度の達成目標であった「高密度なキャリアドーピング」において大きな成果が得られ、2024年度に着手予定であった「円偏光発光の評価手法の構築」などにも着手し、予定を前倒しての研究を推進した。以上より、当初の計画以上に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、「1%を超える歪み導入手法」と「より高強度な電場の導入手法」を更にブラッシュアップしつつ、前倒しにて着手している「高密度なキャリアドーピング」「円偏光発光の評価手法の構築」などを、引き続き推進する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] POSTECH(韓国)
• [Int'l Joint Research] QUT(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] 台湾・National Cheng Kung University/台湾・National Taiwan University/台湾・National Applied Research Lab(その他の国・地域)
• [Int'l Joint Research] NUS(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] POSTECH(韓国)
• [Int'l Joint Research] QUT(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] 台湾・National Cheng Kung University/台湾・National Taiwan University/台湾・National Applied Research Lab(その他の国・地域)
• [Int'l Joint Research] NUS(シンガポール)
• [Journal Article] Chemically Tailored Semiconductor Moire Superlattices of Janus Heterobilayers (2024)
  • Author(s): W. Zhang, Z. Liu, H. Nakajo, S. Aoki, H. Wang, Y. Wang, Y. Gao, M. Maruyama, T. Kawakami, Y. Makino, M. Kaneda, T. Chen, K. Aso, T. Ogawa, T. Endo, Y. Nakanishi, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Oshima, Y. Yamada-Takamura, M. Koshino, S. Okada, K. Matsuda, T. Kato, Y. Miyata
  • Journal Title: small structures Volume: 5 Issue: 5 Pages: 2300514-2300514
  • DOI: 10.1002/sstr.202300514
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides (2024)
  • Author(s): M. Kaneda, W. Zhang, Z. Liu, Y. Gao, M. Maruyama, Y. Nakanishi, H. Nakajo, S. Aoki, K. Honda, T. Ogawa, K. Hashimoto, T. Endo, K. Aso, T. Chen, Y. Oshima, Y. Yamada-Takamura, Y. Takahashi, S. Okada,T. Kato, and Y. Miyata
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 18 Issue: 4 Pages: 2772-2781
  • DOI: 10.1021/acsnano.3c05681
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Solution‐Processable Ultrapure‐Blue Light‐Emitting Electrochemical Cells (2023)
  • Author(s): Tanaka Yuki、Ito Shun‐ichiro、Liu Junfeng、Ou Hao、Tanaka Hisaaki、Pu Jiang、Ikeno Atsuhiro、Hatakeyama Takuji、Takenobu Taishi
  • Journal Title: Advanced Optical Materials Volume: 11 Issue: 17 Pages: 2301119-2301119
  • DOI: 10.1002/adom.202301119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Memristive Oscillator (2023)
  • Author(s): Oshima Yugo、Takenobu Taishi、Pu Jiang、Ishiguro Keisuke、Kato Reizo、Yamamoto Hiroshi M.、Kusamoto Tetsuro
  • Journal Title: Advanced Physics Research Volume: 3 Issue: 4 Pages: 2300117-2300117
  • DOI: 10.1002/apxr.202300117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-throughput dry transfer and excitonic properties of twisted bilayers based on CVD-grown transition metal dichalcogenides (2023)
  • Author(s): Naito Hibiki、Makino Yasuyuki、Zhang Wenjin、Ogawa Tomoya、Endo Takahiko、Sannomiya Takumi、Kaneda Masahiko、Hashimoto Kazuki、Lim Hong En、Nakanishi Yusuke、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Matsuda Kazunari、Miyata Yasumitsu
  • Journal Title: Nanoscale Advances Volume: 5 Issue: 18 Pages: 5115-5121
  • DOI: 10.1039/d3na00371j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exciton energy transfer under low temperature in a lateral heteromonolayer of WSe₂?MoSe₂ (2023)
  • Author(s): Masafumi Shimasaki, Takahiko Endo, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazunari Matsuda, Taishi Nishihara, Yasumitsu Miyata, and Yuhei Miyauchi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 62 Issue: 11 Pages: 112002-112002
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad03ce
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion-gel-based light-emitting devices using transition metal dichalcogenides and hexagonal boron nitride heterostructures (2023)
  • Author(s): Ou Hao、Oi Koshi、Usami Rei、Endo Takahiko、Miyata Yasumitsu、Pu Jiang、Takenobu Taishi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 62 Issue: SC Pages: SC1026-SC1026
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acaeb2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vapor-Phase Indium Intercalation in van der Waals Nanofibers of Atomically Thin W6Te6 Wires (2023)
  • Author(s): Natsui Ryusuke、Shimizu Hiroshi、Nakanishi Yusuke、Liu Zheng、Shimamura Akito、Hung Nguyen Tuan、Lin Yung-Chang、Endo Takahiko、Pu Jiang、Kikuchi Iori、Takenobu Taishi、Okada Susumu、Suenaga Kazu、Saito Riichiro、Miyata Yasumitsu
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 17 Issue: 6 Pages: 5561-5569
  • DOI: 10.1021/acsnano.2c10997
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large-Scale 1T′-Phase Tungsten Disulfide Atomic Layers Grown by Gas-Source Chemical Vapor Deposition (2022)
  • Author(s): Okada Mitsuhiro、Pu Jiang、Lin Yung-Chang、Endo Takahiko、Okada Naoya、Chang Wen-Hsin、Lu Anh Khoa Augustin、Nakanishi Takeshi、Shimizu Tetsuo、Kubo Toshitaka、Miyata Yasumitsu、Suenaga Kazu、Takenobu Taishi、Yamada Takatoshi、Irisawa Toshifumi
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 16 Issue: 8 Pages: 13069-13081
  • DOI: 10.1021/acsnano.2c05699
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Continuous Color‐Tunable Light‐Emitting Devices Based on Compositionally Graded Monolayer Transition Metal Dichalcogenide Alloys (2022)
  • Author(s): Pu Jiang、Ou Hao、Yamada Tomoyuki、Wada Naoki、Naito Hibiki、Ogura Hiroto、Endo Takahiko、Liu Zheng、Irisawa Toshifumi、Yanagi Kazuhiro、Nakanishi Yusuke、Gao Yanlin、Maruyama Mina、Okada Susumu、Shinokita Keisuke、Matsuda Kazunari、Miyata Yasumitsu、Takenobu Taishi
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 34 Issue: 44 Pages: 2203250-2203250
  • DOI: 10.1002/adma.202203250
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional devices based on transition metal dichalcogenides and hexagonal boron nitride heterostructures (2024)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: 15th Global Plasma Forum
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 電気化学ドーピングによる導電性高分子の熱流制御(Ⅱ) (2024)
  • Author(s): 伊藤 駿一郎, 上治 寛, 蓬田 陽平, 竹延 大志, 柳 和宏
  • Organizer: 第71回 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Giant effective magnetic field in MoS2 monolayer induced by chiral ionic liquid (2024)
  • Author(s): Shuta Hori, Jiang Pu, Ichiro Oya, Ryujiro Sumiya, Koshi Oi, Masayuki Suda, Shinji Miwa, Masashi Shiraishi, Taishi Takenobu
  • Organizer: 66th FNTG symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 導電性高分子PTzBT-14HD電気化学ドープ膜の伝導特性 (2024)
  • Author(s): 後藤 拓, 伊藤 駿一郎, 田中 久暁, 尾坂 格, 竹延 大志
  • Organizer: 第71回 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Functionalization of materials by strain and doping (2023)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: Advanced Electronic and Optoelectronic Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Strain engineering in atomically thin materials (2023)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: MINI WORKSHOP ON FUNCTIONAL MATERIALS SCIENCE
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Unsolved problem in organic polymer materials (2023)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: 熱電材料の高性能化はどこまで行くか(東京大学 物性研究所 短期研究会)
  • Invited
• [Presentation] Strain Modulation to Moir Superlattices in Two-Dimensional Material van der Waals Heterostructures (2023)
  • Author(s): Hao Ou, Koshi Oi, Rei Usami, Takahiko Endo, Keisuke Shinokita, Kazunari Matsuda, Yasumitsu Miyata, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • Organizer: 65th FNTG symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ドナー・アクセプタ型高分子DPPT-TTドープ膜の伝導特性 (2023)
  • Author(s): 田中 久暁、山床 凌太朗、伊藤 駿一郎、竹延 大志
  • Organizer: 第84回 応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Strain Modulation to Moir Superlattices in Transition Metal Dichalcogenide van der Waals Heterostructures (2023)
  • Author(s): Hao Ou, Koshi Oi, Rei Usami, Takahiko Endo, Keisuke Shinokita, Kazunari Matsuda, Yasumitsu Miyata, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • Organizer: 第84回 応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 電気化学ドーピングによる導電性高分子の熱流制御 (2023)
  • Author(s): 伊藤 駿一郎、上治 寛、蓬田 陽平、竹延 大志、柳 和宏
  • Organizer: 第84回 応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ファンデルワールスヘテロ構造への電気二重層キャリアドーピング (2023)
  • Author(s): 宇佐美 怜、遠藤 尚彦、宮田 耕充、蒲 江、竹延 大志
  • Organizer: 第84回 応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] κ-H3(Cat-EDT-TTF)2に対する電解質ゲート効果の探索 (2023)
  • Author(s): 石黒圭祐, 伊東裕, 竹延大志, 上田顕, 藤野智子, 森初果
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] Thermoelectric Properties Temperature Dependence of Electrical Conductivity and Seebeck Coefficient in Electrochemically Electrochemically-Doped Conducting Polymer PBTTT (2023)
  • Author(s): Shun- ichiro Ito, Kaito Kanahashi, Hisaaki Tanaka, Binjie Chen, Hiromichi Ohta, Taishi Takenobu
  • Organizer: 2023 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 有機高分子材料における階層性と金属伝導 (2023)
  • Author(s): 竹延 大志
  • Organizer: 2023年第70回応用物理学会 春季学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 電解質を用いた機能性発光デバイス (2022)
  • Author(s): 蒲 江
  • Organizer: 22－１ 有機エレクトロニクス研究会
  • Invited
• [Presentation] Thermoelectric Properties of van der Waals Materials (2022)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: ICFMS2022(6th International Conference on Functional Materials Science 2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Circularly Polarized Electroluminescence Induced by Strain Effect (2022)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: ISPSA 2022(The 20th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Functional light-emitting devices based on heterostructures of 2D materials (2022)
  • Author(s): Taishi Takenobu
  • Organizer: RPGR2022(The 13th Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Efficient and Chiral Electroluminescence from In-Plane Heterostructure of Transition Metal Dichalcogenide Monolayers (2022)
  • Author(s): Jiang Pu, Naoki Wada, Yuhei Takaguchi, Wenjin Zhang, Zheng Liu, Takahiko Endo, Toshifumi Irisawa, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Yasumitsu Miyata, Taishi Takenobu
  • Organizer: SSDM2022(2022 International Conference on Solid State Devices and Materials)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Continuous Color-Tunable Light-Emitting Devices Based on Compositionally Graded Monolayer Transition Metal Dichalcogenide Alloys (2022)
  • Author(s): Hao Ou, Jiang Pu, Tomoyuki Yamada, Naoki Wada, Hibiki Naito, Zheng Liu, Toshifumi Irisawa, Yusuke Nakanishi, Yasumitsu Miyata, Taishi Takenobu
  • Organizer: SSDM2022(2022 International Conference on Solid State Devices and Materials)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electric double layer doping in WSe2/WS2 van der Waals heterostructure (2022)
  • Author(s): Rei Usami, Koshi Oi, Motoki Matsuno, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • Organizer: MNC2022(35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient and Chiral Electroluminescence from In-Plane Heterostructure of Transition Metal Dichalcogenide Monolayers (2022)
  • Author(s): Jiang Pu, Naoki Wada, Yuhei Takaguchi, Wenjin Zhang, Takahiko Endo, Zheng Liu, Toshifumi Irisawa, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Yasumitsu Miyata, Taishi Takenobu
  • Organizer: RPGR2022(The 13th Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EL Emission in van der Waals Heterostructures (2022)
  • Author(s): Rei Usami, Koshi Oi, Motoki Matsuno, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • Organizer: RPGR2022(The 13th Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference)
  • Int'l Joint Research
• [Book] 遷移金属ダイカルコゲナイドの基礎と最新動向（電気二重層トランジスタと熱電デバイス） (2023)
  • Author(s): 竹延大志
  • Total Pages: 326
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781317588
• [Remarks] 高品質な二次元半導体の接合構造を利用した発光デバイスを実現
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2022/07/post-293.html
• [Remarks] 無機ナノファイバーに金属原子を挿入する技術を開発 ～次世代のエレクトロニクス応用に期待～
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2023/03/post-467.html