2018 Fiscal Year Annual Research Report
Microscopic studies of the valleytronics materials by polarized ESR spectroscopy
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16K04882
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大島 勇吾 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (10375107)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 単層遷移金属ダイカルコゲナイド / 電子スピン共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、電子の「バレー」という量子力学的な内部自由度を有する単層遷移金属ダイカルコゲナイドが着目されているが、これらの物質のg値やスピン軌道相互作用といったバレーの微細構造は明らかになっていない。本研究はミリ波～サブミリ波領域のワイヤーグリッド偏光子を用いた高感度の偏光電子スピン共鳴(ESR)プローブを新たに開発し、バンドやバレーが制御された単層遷移金属ダイカルコゲナイドにおいてESRを観測することによってバレートロニクス物質の微細構造を明らかにする事を目的とする。
初年度から昨年度にかけて、ワイヤーグリッド偏光子をいくつか作製し、その性能の検証を行った。今年度は、その中で最もパフォーマンスの良かったワイヤーグリッド偏光子を既存のESR装置に組み込んだ。ESR用の標準試料であるDPPHを用いてテストを行い、狙い通り、ミリ波の偏光に依存したESR信号が得られた。しかしながら、従来のファブリペロー共振器を使った時に比べ、ESR信号の劇的な感度の向上は見られなかった。これは、既存のESR装置で使用されている導波路の円筒導波管が照射したミリ波の偏光を保持できていないために、期待した感度の向上が達成できなかった可能性が考えられる。今後は、導波路にコルゲート導波管を用いることによって、ESR信号の感度の向上を目指していきたい。
一方で、従来の共振器で観測されたブロードなESR信号は、単層MoS2ではなく、基板由来の非本質的な信号であることがわかった。上述の通り、偏光ESRでの感度の向上にはコルゲート導波管の導入が必要で、補助事業期間中には対応できない事から、今後は単層遷移金属ダイカルコゲナイドのESR信号の電気的もしくは光学的観測に挑戦していく計画である。
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