Manipulations of steady-state excitons based on material design and ground-state observation
| Project/Area Number |
22K03536
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
福谷 圭祐 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 助教 (10706021)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 励起子絶縁体 / 光電子分光 / 強相関電子系 / 励起子 / 逆光電子分光 / 定常励起子 |
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| Outline of Research at the Start |
高度にデジタル化する現代社会において我々の生活は多種多様な電子機器とエレクトロニクス技術に支えられている。
これらの電子デバイスの動作原理を支える重要な粒子の一つである「励起子」は、半導体に光照射等を行った際に生成することが知られており、太陽電池や光エレクトロニクスにおいては光エネルギーの電気への変換やエネルギーの輸送を担う。この励起子は一般的には光励起などの外部からの刺激に反応する形で生成する粒子であるが、近年の研究において一定の条件を満たす物質においては自発的に生成することが明らかになりつつある。本研究では、様々な物質設計の観点から今後の応用に資するこれら自発的励起子の制御方法を探査する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、これまで主に半導体等に光照射を行うことによって生成される過渡的な粒子であると考えられてきた励起子が、「励起子絶縁体」と呼ばれる物質内においては、自発的に生成される(定常励起子)という近年の発見に基づき、それら定常励起子の性質を明らかにするとともに、物質設計の観点からその性質の制御を行うことである。昨年度における研究では、励起子絶縁体の元素比および温度の制御を用いて、定常励起子制御の根幹となる電子と正孔の結合力の変化を確認することに成功した。これらの結果に基づき本年度においては、外部電場による励起子制御を行うために適した電気陰性度の極めて高い分子（アクセプター分子）、および電気陰性度の極めて低い原子（ドナー原子）の選定を行い、F6-TCNNQ (2,2′-(Hexafluoronaphthalene-2,6-diylidene)dimalononitrile) 分子とCsの原子を用いることを決定し、これらの物質を１分子膜・原子膜の精度を持って蒸着可能な蒸着機構の作成および実験装置への組み込みを行った。これらの蒸着機構は本年度中において実験に利用可能な状態に活性化しており、またARPES測定を行う超高真空チャンバーへ真空を破らず輸送可能な状態でのセットアップが完成した。
また、昨年度において取得済みの実験データの解析をほぼ終了し、前述の元素比および温度変化による定常励起子制御の成果の論文執筆を開始している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度においては定常励起子の電場制御を行うための実験環境（光電子分光装置への分子線エピタキシー蒸着機構の建設）の完成だけでなく、実際にそれら蒸着機構を用いて励起子絶縁体に電場印加を行い、光電子分光を用いて定常励起子の観測を開始する予定であったが、建設作業の遅れ等から実験の開始は来年度となる見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の現状は、目的である励起子絶縁体における定常励起子の制御に関して（１）温度制御による制御、および（２）物質組成による制御の2点において有用な成果が得られている。本研究計画では、これら２つの制御方法に加え分子・原子蒸着による電場印加を行い、その定常励起子の性質の変化を観測することが必要である。したがって、今後は完成した蒸着機構を用いて上述のF6-TCNNQ分子およびCs原子の吸着量を制御しつつ定常励起子の観測を逐次行うことにより、励起子絶縁体における定常励起子制御の３手法の確立を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
