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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Valley-spintronics in atomic layer materials

Research Project

Project/Area Number 17H01138
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

山本 倫久  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, ユニットリーダー (00376493)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 樽茶 清悟  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40302799)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsメゾスコピック系 / 原子層物質 / バレートロニクス / スピントロニクス
Outline of Annual Research Achievements

<グラフェンのスピンバレートロニクス>
2層グラフェンをh-BN絶縁層を介してトップゲートとバックゲートで挟んだ二重ゲート構造を用い、電子相関による自発的な対称性の破れによって生じる層間反強磁性状態における自発的なホール効果(スピンバレーホール効果)の検証実験に引き続き取り組んだ。端の長い試料を用いて、このホール伝導がバルクで生じていることを明らかにした。具体的には、同ホール効果を利用して、スピンとバレーが混成した電荷中性流(スピンバレー流)の生成と検出を行い、この電荷中性流による寄与の大きさが端の長さによらないことを確認した。また、端の長い試料における非局所抵抗が局所抵抗の3乗に比例する様子を観測した。これは、バルクのスピンバレー流が試料中で一様に生じていることを示唆する結果である。また、層間反強磁性状態にスピン流を注入する実験を考案し、それに取り掛かった。尚、この実験に集中したため、バレーホール効果の端制御の実験は見送った。

<TMDのスピンバレートロニクス>
前年度に引き続き、MoSe2/WSe2ヘテロ構造における層間間接励起子のバレートロニクス技術の開発に向けた研究を行った。金薄膜を用いた劈開法によって、大きな薄膜を得ることに成功した。また、ドライプロセスによって、MoSe2に良好な電気接触を得ることに成功した。これらの技術を組み合わせてヘテロ構造における層間励起子の電気的駆動を試みる予定であったが、得られたヘテロ試料は光学的に不活であり、電気的駆動の実験はできなかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

グラフェンのスピンバレーホール効果の検証は大きなマイルストーンのひとつであり、これに成功したことでスピンとバレーの結合への道が拓けてきた。
TMDに関しては、最も難航が予想された電極の取り付けが可能になった。

Strategy for Future Research Activity

グラフェンのスピンバレートロニクスに関しては、スピンバレーホール効果が実証できたため、今後はこれを利用したスピン流とバレー流の相互変換の実験に取り掛かる。また、スピン流を注入する実験により、2層グラフェンの相転移現象などを明らかにする。
TMDのスピンバレートロニクスに関しては、引き続き試料作製技術の開発が必要である。光学的に不活だったことは、プロセスのどこかで試料が汚染された可能性がある。今後はより清浄な試料を注意深く作製し、間接励起子の電気的駆動の試みる。

  • Research Products

    (14 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ETH Zulich(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      ETH Zulich
  • [Int'l Joint Research] City University of Hong Kong(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      City University of Hong Kong
  • [Journal Article] Supercurrent in Graphene Josephson Junctions with Narrow Trenches in the Quantum Hall Regime2018

    • Author(s)
      A. Seredinski, A. Draelos, M.-T. Wei1, C.-T. Ke, T. Fleming, Y. Mehta, E. Mancil, H. Li, T. Taniguchi, K. Watanabe, S. Tarucha, M. Yamamoto, I. V. Borzenets, F. Amet, and G. Finkelstein
    • Journal Title

      MRS Advances

      Volume: 3 Pages: 2855-2864

    • DOI

      10.1557/adv.2018.469

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Investigation of Supercurrent in the Quantum Hall Regime in Graphene Josephson Junctions2018

    • Author(s)
      A. W. Draelos, M. T. Wei, A. Seredinski, C. T. Ke, Y. Mehta, R. Chamberlain, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Yamamoto, S. Tarucha, I. V. Borzenets, F. Amet, and G. Finkelstein
    • Journal Title

      J. Low Temp. Phys.

      Volume: 191 Pages: 288-300

    • DOI

      10.1007/s10909-018-1872-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 固体の電子波の非電荷自由度2018

    • Author(s)
      山本倫久
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 88 Pages: 96-100

  • [Presentation] 2層グラフェンにおけるスピンバレー流2019

    • Author(s)
      山本倫久
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Invited
  • [Presentation] Spin-valleytronics in graphene2018

    • Author(s)
      M. Yamamoto
    • Organizer
      6th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spin-valley Hall effect in zero Landau level of bilayer graphene2018

    • Author(s)
      M. Tanaka, Y. Shimazaki, I. Borzenets, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. Yamamoto, S. Tarucha
    • Organizer
      34th International conference on the physics of semiconductors (ICPS2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards Electrical Control of Interlayer Excitons in Heterostructures of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides2018

    • Author(s)
      T. Yokosawa, A. Popert, M. D. Fraser, Y. Shimazaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Yamamoto, A. Imamoglu, S. Tarucha
    • Organizer
      8th Summer School on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 単層遷移金属ダイカルコゲナイドヘテロ積層構造における層間励起子の電気的駆動に向けて2018

    • Author(s)
      横澤 峻元, A. Popert, M. D. Fraser, 島崎 佑也, 渡邊 賢司, 谷口 尚, 山本 倫久, A. Imamoglu, 樽茶 清悟
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] 2層グラフェンのゼロランダウ準位におけるスピンバレーホール効果の観測2018

    • Author(s)
      田中未羽子, 島崎佑也, Ivan Borzenets, 渡辺賢司, 谷口尚, 山本倫久, 樽茶清悟
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] Spin-valleytronics in bilayer graphene2018

    • Author(s)
      Michihisa Yamamoto
    • Organizer
      3rd International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spin-valleytronics in atomic layer materials2018

    • Author(s)
      Michihisa Yamamoto
    • Organizer
      1st International Workshop on 2D Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.cems.riken.jp/jp/laboratory/qedru

URL: 

Published: 2019-12-27  

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