| Project/Area Number |
23KJ1497
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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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 | Osaka University |
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Principal Investigator |
谷 天太 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | モアレ物質 / ツイスト物質 / 電気伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、様々な2次元物質が注目を浴びている。2次元物質とは原子1層分の厚みしか持たない物質で、特に、複数の2次元物質を重ねた際、その相対的角度（ツイスト角）による物理的性質の劇的な変化が特徴的である。
数枚の2次元物質の積層系は多くの対象が研究されている一方で、多数の2次元物質を積層した3次元積層物質の研究は限られている。本研究では、この系の基本的性質の解明を目指す。これは
1.ツイスト角の調節で垂直方向の電気的性質を金属から絶縁体へと変調できる可能性
2.超伝導等の基底状態をツイスト角で制御できる可能性
3.飛躍的に大きくなる物質設計の自由度
という観点より、基礎・応用の両面から興味深い研究対象である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
最も基本的なツイスト３次元積層物質として、２つのグラファイトをツイスト積層したツイストグラファイトにおける、垂直方向の電気伝導に関する理論的研究を行った。
計算にあたっては、ツイスト２次元物質の解析手法として知られている有効連続体模型、および格子模型におけるグリーン関数の計算手法である再帰的グリーン関数法を用いてツイスト３次元系の電気伝導度を求める一般的手法を開発し、特にツイストグラファイトに適用した。その結果、ツイスト角度を変化させたときに電気伝導度は大きく変調されることがわかった。電気伝導度がツイストによって変わってしまうという現象自体は、二組のグラファイトのフェルミ面が互いにずれることから予想されうることであった。一方で、基本的には滑らかに角度依存する伝導度が、特定のツイスト角の周辺で非単調な振る舞いを見せることが明らかになった。
この非自明な依存性の起源を探るため、再帰的グリーン関数法によりツイスト界面付近およびバルクの局所状態密度を計算した。これにより、伝導度の非単調な振る舞いは、界面に局在した電子状態とバルクグラファイトの連続スペクトル状態の間で起こるFano共鳴に起因することが分かった。界面局在状態は魔法角ツイスト二層グラフェンのフラットバンド由来であり、ツイスト物質特有のモアレ物理が垂直電気伝導に影響を及ぼしているという非自明かつ興味深い結果が得られた。またFano共鳴の起きるツイスト角度では伝導度は急激に落ち込んでおり、角度の調節により系の伝導性が金属から絶縁体へと変化しているともいえる。
以上の研究成果は３件の国際学会および１件の国内学会で発表した。また論文として査読付き国際学術誌Physical Review Bにおいて出版済みである。当該論文は高い評価を受け、Editors' Suggestionにも選出された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１年目である今年度には、ツイスト３次元積層物質における垂直伝導の解析を予定していた。研究は順調に進み、成果を論文の形にまとめ出版することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目には超伝導体からなるツイスト３次元積層物質の理論的研究を予定している。既に超伝導TMDC（遷移金属ダイカルコゲナイド）をモデルとした計算を進めており、来年度にはこの計算を継続することで成果を上げ、学会発表・論文出版を行うことを目指す。
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