Observation and control of valley-spin-polarized current at quantum confinement structures in graphene

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01812
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Aoki Nobuyuki 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60312930)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 音 賢一 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30263198)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 量子ポイントコンタクト / ２層グラフェン / 量子化伝導度 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / WSe2 / バレー偏極 / スピン偏極 / スピン・軌道相互作用

Outline of Final Research Achievements

In this study, a high mobility bi-layer graphene (BLGr) laminated by hexagonal boron-nitride (h-BN) was used for a study of quantum point contact (QPC) which is electro-statically confined one-dimensional (1-d) channel with a dual gate structure. In the QPC structure formed by BLGr, a valley-polarized quantization in units of 2e2 divided by h has been observed, which suggests a valley polarized transport by the 1-d confinement. In addition, in the QPC structure with the 3-layer WSe2 as the channel, we have observed the quantized conductance steps with the units of e2 divided by h, which suggest both valley and spin polarized transport at zero-magnetic field condition.

Free Research Field

半導体物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年，トポロジカル現象への注目が高くなってきている中で，電荷・スピンに次ぐ自由度としてバレーの効果を利用したバレーとロニクスが注目されている。円偏光の光照射を，垂直電場の印加によりK点とK'点のバレーの対称性を意図的に崩すことで幾何学的位相（ベリー位相）に差が生じ，結果的に試料内部に内部磁場が発生し，これがホール効果に類似したバレーホール効果として観測されてきている。本研究では，スプリットゲート構造という電気的な制御法によりバレー偏極のみならずスピンまで偏極した電流を実現したことから，新たなスピントロニクス／バレートロにクスの実現に役立つ成果といえる。