偏光分解分光イメージングによる原子層局所形態・光物性相関の研究

• Project Area: Science of Atomic Layer Systems
• Project/Area Number: 16H00911
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 宮内 雄平 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10451791)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 原子層物質 / バレー分極 / 偏光分解分光イメージング / ナノ材料 / 光物性 / 偏光 / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究で構築した偏光分解分光イメージング装置を用いて様々な原子層試料の計測を進め、機械剥離法によって準備した原子層物質上の位置に応じた発光強度やバレー分極度を含む光物性の不均一性についての検討を進めた。低温条件下において、単層MoS2の荷電励起子発光の強度とバレー分極の相関について偏光分解分光イメージング測定による検討を行った。データ解析の結果、荷電励起子発光の強度とバレー分極度の間にはほとんど相関が見られないことが明らかとなった。一方、単層WSe2においてバレー分極度と励起子発光強度の相関を検討したところ、単層MoS2の荷電励起子の場合と異なり、場所ごとのバレー分極度と発光強度の間に一定の相関が見出された。さらに検討を進めたところ、これらの結果の違いは、それぞれの原子層物質中の励起子または荷電励起子のバレー緩和時間と、それらの発光寿命の比を通じて理解できることがわかった。単層WSe2試料中で局所ひずみの影響が見られる場所が低いバレー分極度を示すことなど、原子層局所形態・構造とバレー分極度の関連を示唆する結果も得られた。また、バレー分極マッピング測定を、場所による不均一性が小さく明瞭な励起子スペクトルを示す試料上の位置を選び出すことに応用することで、原子層物質の励起子スペクトル、バレー分極度、励起子発光減衰の温度依存性などを再現性よく測定できるようになった。これにより、単層WSe2において、バレー分極マッピングの結果を解釈する上で重要となる弱励起条件下でのバレー分極緩和時間を、様々な温度条件のもとで見積もることができた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] National University of Singapore(Singapore)
• [Int'l Joint Research] Rice University(米国)
• [Int'l Joint Research] シンガポール国立大学(シンガポール)
• [Journal Article] Evidence for line width and carrier screening effects on excitonic valley relaxation in 2D semiconductors (2018)
  • Author(s): Y. Miyauchi, S. Konabe, F. Wang, W. Zhang, A. Hwang, Y. Hasegawa, L. Zhou, S. Mouri, M. Toh, G. Eda, K. Matsuda
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 印刷中
  • NAID: 120006488629
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Self-Aligned and Scalable Growth of Monolayer WSe2-MoS2 lateral heterojunctions (2018)
  • Author(s): M-Y. Li, J. Pu, J-K. Huang, Y. Miyauchi, K. Matsuda, T. Takenobu, and L-J Li
  • Journal Title: Advanced Functional Materials Volume: 28 Issue: 17 Pages: 1706860-1706860
  • DOI: 10.1002/adfm.201706860
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long radiative lifetimes of excitons in monolayer transition-metal dichalcogenides MX2 (M = Mo, W; X = S, Se) (2018)
  • Author(s): N. B. Mohamed, H. E. Lim, F. Wang, S. Koirala, S. Mouri, K. Shinokita, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 11 Issue: 1 Pages: 015201-015201
  • DOI: 10.7567/apex.11.015201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarization-sensitive and broadband germanium sulfide photodetectors with excellent high-temperature performance (2017)
  • Author(s): D. Tan, W. Zhang, X. Wang, K. Sandhaya, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 9 Issue: 34 Pages: 12425-12431
  • DOI: 10.1039/c7nr03040a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal dissociation of inter-layer excitons in MoS2/MoSe2 hetero-bilayers (2017)
  • Author(s): S. Mouri, W. Zhang, D. Kozawa, Y. Miyauchi, G. Eda and K. Matsuda
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 9 Issue: 20 Pages: 6674-6679
  • DOI: 10.1039/c7nr01598d
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of photoluminescence quantum yield of monolayer WSe2 using reference dye of 3-borylbithiophene derivative (2017)
  • Author(s): N. Baizura Mohamed, F. Wang, H. En Lim, W. Zhang, S. Koirala, S. Mouri, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • Journal Title: Phys. Status. Solidi. B Volume: 254 Issue: 2 Pages: 1600563-1600563
  • DOI: 10.1002/pssb.201600563
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Observation of biexcitonic emission at extremely low power density in tungsten disulfide atomic layers grown on hexagonal boron nitride (2017)
  • Author(s): M. Okada, Y. Miyauchi, K. Matsuda, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Shinohara, and R. Kitaura
  • Journal Title: Scientific Report Volume: 7 Issue: 1 Pages: 322-322
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00068-0
  • NAID: 120006305891
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemical Doping Modulation of Nonlinear Photoluminescence Properties in Monolayer MoS2 (2016)
  • Author(s): Shinichiro Mouri,Yuhei Miyauchi, and Kazunari Matsuda,
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 9 Issue: 5 Pages: 055202-055202
  • DOI: 10.7567/apex.9.055202
  • NAID: 210000137900
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [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] Growth and optical properties of Nb-doped WS monolayers (2016)
  • Author(s): S. Sasaki, Y. Kobayashi, Z. Liu, K. Suenaga, Y. Maniwa, Y. Miyauch, Y. Miyata
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Issue: 7 Pages: 071201-071201
  • DOI: 10.7567/apex.9.071201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Photoluminescence properties of monolayer MoS2 in an aqueous solution (2018)
  • Author(s): W. Zhang, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • Organizer: APS March Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photoluminescence properties of twisted bilayer transition metal dichalcogenides (2018)
  • Author(s): M. Shimasaki, W. Zhang, X. Wang, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • Organizer: 第54回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [Presentation] 単層WSe2 における励起子バレー分極の緩和機構 (2017)
  • Author(s): 宮内雄平,小鍋哲,王飛久,長谷川勇介, 毛利真一郎, 松田一成
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Optical spectroscopy on monolayer transition metal dichalcogenides immersed in an aqueous solution (2017)
  • Author(s): W. Zhang, Y. Hasegawa, K. Matsuda, .Y. Miyauchi
  • Organizer: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
  • Year and Date: 2017-03-01
• [Presentation] Up-conversion photoluminescence of CNTs and its enhancement by defect engineering (2017)
  • Author(s): 宮内 雄平
  • Organizer: Defect Chemistry and Physics of Low Dimensional Materials(TSRC workshop)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 低次元ナノ物質の光物性工学とその応用 (2017)
  • Author(s): 宮内雄平
  • Organizer: 第24回京都大学宇治キャンパス産学交流会
  • Invited
• [Presentation] 原子層物質のバレー励起子光物性 (2017)
  • Author(s): 宮内雄平
  • Organizer: 応用電子物性分科会 研究例会-二次元層状物質研究の最前線-
  • Invited
• [Presentation] Linewidth and carrier screening effects on exciton valley relaxation in monolayer transition metal dichalcogenides (2017)
  • Author(s): Y. Miyauchi
  • Organizer: The 3rd International Conference on 2D Materials and Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原子層物質の励起子バレー緩和 (2017)
  • Author(s): 宮内雄平
  • Organizer: CUPALワークショップ トポロジカル物質・原子層物質の新規物性
  • Invited
• [Presentation] Substrate and sample dependent exciton transport properties in monolayer transition metal dichalcogenides (2017)
  • Author(s): W. Zhang, A. Hwang, T. Saito, Y. Kobayashi, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Miyata, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • Organizer: 第53回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [Presentation] Valley polarization mapping in transition metal dichalcogenides heterostructures (2016)
  • Author(s): Yusuke Hasegawa, Shinichiro Mouri, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi
  • Organizer: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター かでる2・7
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] Polarization-resolved photoluminescence spectroscopy on monolayer transition metal dichalcogenides under electrostatic gating (2016)
  • Author(s): Wenjin Zhang, Yusuke Hasegawa, Shinichiro Mouri, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi
  • Organizer: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター かでる2・7
  • Year and Date: 2016-09-07