2018 Fiscal Year Research-status Report
遷移金属ダイカルコゲナイド超薄膜におけるバレー分極緩和メカニズムの解明
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17K19055
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| Research Institution | Kyoto University |
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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)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 原子層 / 励起子 / 半導体 / バレートロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、(1)バレー分極度の温度依存性の解明、(2)バレー分極度のキャリア密度依存性の解明、(3)励起子のバレー依存輸送特性の解明について実験的な研究を行い、最新の理論予測との比較から遷移金属ダイカルコゲナイド単層膜におけるバレー分極緩和メカニズムを包括的に解明することを目的としている。本研究では、代表的な遷移金属ダイカルコゲナイド超薄膜である単層WSe2のバレー励起子光物性を主な研究対象として研究を進めてきた。H29年度までに項目(1)の研究はほぼ達成し、項目(2)についても試料にあらかじめドープされているキャリア密度による電子正孔交換相互作用の長距離成分への遮へい効果を考慮した解析から、励起子バレー分極緩和を包括的に理解・予測できることが明らかとなってきた。そこでH30年度には、項目(2)の研究として、独立した２つの方法（ファンデルワールスヘテロ構造を用いる方法と電界効果による方法）によりキャリア密度と励起子バレー分極の関係についての実験的な検討を進め、キャリア密度が励起子バレー緩和に与える影響を詳細に明らかにした。また、バレー分極の空間マッピング測定によって、多数の試料上のバレー分極の不均一性を測定し、観測される励起子バレー分極と光学スペクトルの特徴の対応に関する大量のデータを収集した。この大量のデータを解析するために、機械学習の手法を用いた光学スペクトル解析の新手法を導入し、キャリア密度の空間的な不均一性が、励起子バレー分極の不均一性を生じさせる要因の１つになっていることを示す結果を得た。また、項目（3）の研究である励起子のバレー依存輸送特性の解明に向け、励起スポットから空間的に離れた場所に拡散した励起子の偏光分解発光イメージとスペクトルを低温で測定することができる顕微光学測定系の構築をほぼ完了した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまで研究は概ね順調に進んでいたが、H30年度に本研究で利用していた主要装置の１つである時間相関単一光子計数装置が8月に故障し、故障箇所の調査と修理に数ヶ月を要したため、8月から12月まで当該装置を用いた実験を行うことができず、そのために計画に遅延が生じたため、区分を（3）やや遅れている、とした。しかしながら、研究自体は順調に成果が上がっており、研究項目（１）は当初の予定どおりの成果が得られ、項目（２）については、当初の予定どおりの成果に加えて、新たに開発した機械学習アルゴリズムを援用した大量の光学データの解析手法が予想以上に有用であることが明らかとなってきている。また、項目（３）の研究に用いる装置の構築も完了しており、総合的に見れば、装置故障による遅延の影響は小さく、研究は順調に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
項目(1)と(2)については、予定していた研究はほぼ完了しており、今後は、項目(2)に関連して高い有用性が見出されつつある大量の光学スペクトルデータの機械学習解析手法を単層WSe2以外の様々な遷移金属ダイカルコゲナイド（MoS2, WS2等）の単層膜における励起子や荷電励起子（トリオン）のバレー光物性解析にも適用する。それにより、これらの物質に見られるバレー励起子光物性の空間的不均一性の起源についての理解を深める。また、これまでに構築した装置を用いて、項目(3)の励起子のバレー依存輸送特性の解明について本格的に研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、H30年度に本研究で利用していた主要装置の１つである時間相関単一光子計数装置が8月に故障し、故障箇所の調査と修理に数ヶ月を要したため、8月から12月まで当該装置を用いた実験を行うことができず、その後の計画にも遅延が生じ、必要な実験の実施や論文投稿の時間を十分に確保するために、研究期間を延長したために生じた。必要な実験の継続に伴う物品等の購入、論文投稿および学会発表にかかる費用などに使用する予定である。
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[Journal Article] Evidence for line width and carrier screening effects on excitonic valley relaxation in 2D semiconductors2018
Author(s)
Y. Miyauchi, S. Konabe, F. Wang, W. Zhang, A. Hwang, Y. Hasegawa, L. Zhou, S. Mouri, M. Toh, G. Eda, K. Matsuda
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 9
Pages: 2598(1~10)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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