2018 Fiscal Year Annual Research Report
２次元物質におけるバレー・スピン・光複合機能の創成
| Project/Area Number |
17J09152
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
恩河 大 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
|
| Keywords | 2次元物質 / ファン・デル・ワールスヘテロ構造 / 2次元磁性体 / バレー自由度 / 励起子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、近年世界中で注目を集めている2次元物質において、物質に内在するバレー・スピン自由度と光がカップルした新機能を創成することにある。これまで輸送特性・光物性が別個に研究されてきた本系において、本研究グループが有するデバイス化技術と自ら設計・構築中の光測定系を活用することで、これらの統一的な研究を目指す。
昨年度は、上記の目的を達成するためにまず自ら偏光分解顕微分光系を構築した。この測定系では、円偏光に対して特異的な応答を示す本系の物性を、高い精度でかつ簡便に測定することが可能となった。構築した系において2次元物質の一種である遷移金属ダイカルコゲナイド単層の発光マッピング測定を行い、光とバレーが結合した状態を選択的に輸送・分離できることが実験的に実証された。
更に昨年度末から、スピン自由度との結合を目指した層状構造をもつ磁性体の研究もスタートさせた。研究計画段階では磁性電極や白金電極といった従来のスピントロにクスの手法のみを用いようと考えていたが、2017年春に2次元磁性体が発見され世界中で注目が集まる現状を踏まえて、ファンデルワールス磁性体を用いた研究も新たに開始した。この物質群は他の2次元物質のヘテロ構造の作製が容易であるので、単なる金属電極を用いた計画段階以上に多様なスピン物性の実現が期待できる。弊グループや共同研究グループが合成したファンデルワールス磁性体に関し基礎的な光学的・電気的な測定を行いその薄膜における特性を明らかにした。またそのファンデルワールス磁性体と従来の2次元物質を用いてファンデルワールスヘテロ構造を作製し評価した結果、良好な磁性体/非磁性半導体の界面が形成されていることが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
作成した計画に基づき、昨年度光学系の構築とバレー偏極した励起子の空間輸送測定を行い、バレーを用いた新機能の創成を行った。本年度は、更にスピン自由度との複合を模索すべく層状磁性体を用いたヘテロ構造を作製し評価した。これらは2017年にその機能が発見された物質群であり、自らの計画の下でいち早くその層状の磁性体を用いたヘテロ構造の研究に取り組み、その界面における新たな光機能を発見した。これは新しい界面系(van der Waals磁性ヘテロ界面)であるとともに、既存の概念を拡張した新たな相互作用の発見であると考えられ、当初想定以上の成果を得ている。
また研究計画にあるドイツのマックス・プランク研究所との共同研究も進めており、ドイツへ赴き上記の内容に関して外部実験を行っている。一方で新たな国際共同研究として中国の山西大学への出張実験を行うなど、計画実行のために積極的な活動を行っている。以上本年度は研究内容の期待以上の進展とともに、国際共同研究の観点でも幅広く行っているので、上記の区分を選択した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在までにその励起子と輸送する現象と、磁性van der Waals界面における新機能を発見してきた。これらの発見は、遷移金属ダイカルコゲナイドの励起子と言う光物性を元に、それぞれバレー自由度とスピン自由度が結合したような新機能を発見してきたと言える。これらを元に、最終年である2019年度は(1)物質系の拡張、(2)発見してきた現象の詳細な物性解明、(3)これらを国内外で発表し議論を深めること、の3点を計画している。
(1)に関しては特にvan der Waals磁性体がいまだ基礎物性の観点で未開拓であるので、基本的な光学測定等を通じてそれを明らかにするとともに、昨年度までに発見した現象に関して新物質用いた展開を目指す。(2)はこれまで主に発見してきた2現象はその詳細な物性と言う観点で研究する余地が大きい。特にそのドープ量依存や励起依存などを通じて、基礎物性の観点から詳らかにする。また本研究は特に欧米での進展が著しいことから、(3)として国際学会への積極的な参加を計画している。現在6月は欧州、10月は日本での大きな国際学会への参加を予定しており、他国研究者との議論を通じて内容を深めるとともに、研究成果を広く発信していくことを考えている。
|
