2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of 2D-Atomically-Thin-Layered Heterojunctions and their Applications to Novel Terahertz Photonic Devices
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16H06361
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
尾辻 泰一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40315172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 哲 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 教授 (00393744)
高村 真琴 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 多元マテリアル創造科学研究部, 研究主任 (00622250)
吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
Maxim・V Ryzhii 会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (50254082)
佐藤 昭 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (70510410)
渡辺 隆之 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80771807)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / 二次元原子薄膜 / テラヘルツ / 複合量子効果 / プラズモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全目標を達成するとともに、計画外の新展開を得た。
１. G-DGL構造プラットフォームの創製： 剥離転写法と熱分解法を組み合せた独自のvdWヘテロ積層化製膜法を開発し、ゲート制御グラフェン二重層（G-DGL）の実現に成功した。さらに、熱分解法とCVD法を組み合わせた独自製法によりSiC基板上エピタキシャルグラフェン/WS2二次元原子薄膜連続ヘテロエピ成長の実現に成功した。
２. フォトンアシスト共鳴トンネルのTHz増幅・検出素子応用： 量子効率を律速するAuger過程の高精度キャリア量子輸送・緩和モデルを構築し、室温程度にキャリア温度を抑制すればグラフェンキャリアのTHz帯反転分布形成が可能であることを明らかにした。
３．プラズモン・トンネル二重共鳴のTHz増幅・検出素子応用： テラヘルツフォトンとグラフェン表面プラズモンポラリトン（SPP）との結合作用が得られる研究代表者ら考案の非対称二重回折格子ゲート(ADGG: Asymmetric Dual-Grating Gate)を導入したグラフェントランジスタを作製して実験検証した結果、ドレイン電位が第一の閾値以下ではグラフェンSPPのモード周波数に対応する共鳴吸収応答を示し、第二の閾値以上ではグラフェンSPPの不安定性が発現し、量子限界を４倍も上回る最大９％の共鳴増幅利得の獲得・実証に成功した。
４．テラヘルツ機能応用： 電流注入型グラフェンレーザトランジスタ素子を試作し、100K下で単一モードテラヘルツ発振に成功した。ADGG型グラフェントランジスタにおけるプラズモン不安定性に伴うテラヘルツ増幅実験結果を説明し得るデバイスモデル化を推進した結果、プラズモンの高次モードに由来する増幅利得が得られていることを発見した。これは入射テラヘルツ波に対して高次高調波発生、すなわち非線形波動制御が可能であることを示唆する重要な結果である。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] グラフェン/h-BNファンデルワールス積層構造ナノキャパシタの 転写スタック法によるプロセス開発と結晶品質評価2020
Author(s)
菅原大樹, 諏訪健斗, 吹留博一, Juan Antonio Delgado-Notario, 佐藤昭, 尾辻泰一
Organizer
第81回応用物理学会秋季学術講演会, 9a-Z29-11, 同志社大今出川校地, 京都, Online, Sept. 9, 2020.
Int'l Joint Research
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