Twistedトンネル接合における量子輸送現象

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01820
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 増渕 覚 東京大学, 生産技術研究所, 特任准教授 (50596195)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 原子層 / ファンデルワールスヘテロ接合

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ツイスト角を制御したファンデルワールストンネル接合素子を舞台として、運動量・エネルギーが保存された共鳴トンネル現象を観測・解析することで、原子層物質のバンド構造を解明することを目的としている。
本年度は、ツイスト二層グラフェン／六方晶窒化ホウ素／グラフェン、および遷移金属ダイカルコゲナイド／六方晶窒化ホウ素／遷移金属ダイカルコゲナイド接合素子において量子輸送特性測定を行った。
まず、本研究課題で開発した高圧CF4プラズマを用いたグラフェン・六方晶窒化ホウ素を選択的にエッチングする技術を活用し、1-2 nmの非常に薄い六方晶窒化ホウ素上において、ツイスト二層グラフェンを加工する手法を確立した。本手法を用いることで、トンネル伝導と面内伝導を同じ領域で測定できるツイスト二層グラフェン／六方晶窒化ホウ素／グラフェン素子を作製した。低温・強磁場下において輸送特性を測定したところ、六方晶窒化ホウ素膜中に存在する欠陥準位を介したトンネル電流が観測された。トンネル電流を解析することにより、ツイスト二層グラフェン中のＡＡ・ＡＢ・ＢＡ積層領域の電子状態密度を実験的に決定した[Y. Seo, S. Masubuchi, et al., APL (2022)］。従来の面内量子輸送特性測定ではアクセスできなかった高エネルギー領域のバンド構造・電子状態密度を決定した成果である。さらに、遷移金属ダイカルコゲナイド素子へ展開し、複数層ＷＳｅ２のサブバンドバンド構造を観測した。[K Kinoshita, S. Masubuchi, et al., Nano Lett. (2022)]。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] All-dry flip-over stacking of van der Waals junctions of 2D materials using polyvinyl chloride (2022)
  • Author(s): Momoko Onodera, Yusai Wakafuji, Taketo Hashimoto, Satoru Masubuchi, Rai Moriya, Yijin Zhang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Tomoki Machida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 21963
  • DOI: 10.1038/s41598-022-26193-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of polyvinyl chloride adhesion to 2D crystal flakes (2022)
  • Author(s): Yusai Wakafuji, Momoko Onodera, Satoru Masubuchi, Rai Moriya, Yijin Zhang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Tomoki Machida
  • Journal Title: npj 2D Materials and Applications Volume: 6 Pages: 44
  • DOI: 10.1038/s41699-022-00323-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dry pick-and-flip assembly of van der Waals heterostructures for microfocus angle-resolved photoemission spectroscopy (2022)
  • Author(s): Satoru Masubuchi, Masato Sakano, Yuma Tanaka, Yusai Wakafuji, Takato Yamamoto, Shota Okazaki, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Jincai Li, Hirotaka Ejima, Takao Sasagawa, Kyoko Ishizaka, Tomoki Machida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 10936
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14845-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Resonant Tunneling between Quantized Subbands in van der Waals Double Quantum Well Structure Based on Few-Layer WSe2 (2022)
  • Author(s): Kei Kinoshita, Rai Moriya, Shota Okazaki, Yijin Zhang, Satoru Masubuchi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Takao Sasagawa, Tomoki Machida
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 22 Pages: 4640-4645
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Defect-assisted tunneling spectroscopy of electronic band structure in twisted bilayer graphene/hexagonal boron nitride moire superlattices (2022)
  • Author(s): Yuta Seo, Satoru Masubuchi, Momoko Onodera, Rai Moriya, Yijin Zhang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Tomoki Machida
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 120 Pages: 203103
  • DOI: 10.1063/5.0084996
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 折り畳みグラフェン/h-BN素子の作製と磁場反転接合の実現 (2023)
  • Author(s): 若藤 祐斉,守谷 頼, 増渕 覚,張 奕勁,渡邊 賢司,谷口 尚,町田 友樹
  • Organizer: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 共鳴トンネル効果を用いたツイスト2層WSe2の価電子帯Γ点バンドの検出 (2023)
  • Author(s): 木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
  • Organizer: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] グラフェン/C-doped h-BN接合における欠陥アシストトンネル過程 (2023)
  • Author(s): 瀬尾 優太,辻 悠基,木下 圭,小野寺 桃子,張 奕勁,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,町田 友樹
  • Organizer: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] ツイスト2層WSe2におけるバンド構造のツイスト角依存性の直接観測 (2023)
  • Author(s): 山本崇人, 坂野昌人, 赤塚俊輔, 岡崎尚太, 笹川崇男, 渡邊賢司, 谷口尚, 北村未歩, 堀場弘司, 菅原克明, 相馬清吾, 佐藤宇史, 組頭広志, 篠北啓介, 松田一成, 増渕覚, 町田友樹, 石坂香子, 三石夏樹
  • Organizer: 日本物理学会２０２３年春季大会
• [Presentation] 時間分解X線回折測定によるVTe2における超高速格子変調ダイナミクスの観測 (2023)
  • Author(s): 鈴木剛, 久保田雄也, 三石夏樹, 赤塚俊輔, 古賀淳平, 坂野昌人, 増渕覚, 田中良和, 大隅寛幸, 玉作賢治, 矢橋牧名, 高橋英史, 石渡晋太郎, 町田友樹, 松田巌, 石坂香子, 岡﨑浩三
  • Organizer: 日本物理学会２０２３年春季大会
• [Presentation] 時間分解X線回折測定によるVTe2における超高速格子変調ダイナミクスの観測 (2023)
  • Author(s): 鈴木剛, 久保田雄也, 三石夏樹, 赤塚俊輔, 古賀淳平, 坂野昌人, 増渕覚, 田中良和, 大隅寛幸, 玉作賢治, 矢橋牧名, 高橋英史, 石渡晋太郎, 町田友樹, 松田巌, 石坂香子, 岡﨑浩三
  • Organizer: 第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] Defect-assisted resonant tunneling in graphene/carbon-doped hexagonal boron nitride junctions (2023)
  • Author(s): Yuta Seo,Yuki Tsuji,Kei Kinoshita,Momoko Onodera,Satoru Masubuchi,Rai Moriya,Yijin Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation on the odd-even layer-number effect in WTe2 with laser-based micro-ARPES (2023)
  • Author(s): Masato Sakano,Satoru Masubuchi,Yuma Tanaka,Shota Okazaki,Takuya Nomoto,Atsushi Oshima,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Ryotaro Arita,Takao Sasagawa,Tomoki Machida,Kyoko Ishizaka
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Breaking of spatial inversion symmetry in anti-parallel-stacked ReSe2 (2023)
  • Author(s): Shunsuke Akatsuka,Masato Sakano,Takato Yamamoto,Takuya Nomoto,Ryotaro Arita,Ryoga Murata,Takao Sasagawa,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Miho Kitamura,Koji Horiba,Katsuaki Sugawara,Seigo Souma,Takafumi Sato,Hiroshi Kumigashira,Keisuke Shinokita,Kazunari Matsuda,Satoru Masubuchi,Tomoki Machida,Kyoko Ishizaka
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 粘着テープ自動剥離装置を用いたグラフェンメカニカル劈開条件の最適化 (2022)
  • Author(s): 若藤 祐斉,増渕 覚,神谷 啓介,小野寺 桃子,張 奕勁,守谷 頼,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] 二次元強誘電体CuInP2S6における面直バルク光起電力効果 (2022)
  • Author(s): 張 奕勁,谷口 黎,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] 4層WSe2のサブバンド間共鳴トンネルにおけるツイスト角度依存性 (2022)
  • Author(s): 木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] バルクp+-MoS2/h-BN/バルクp+-MoS2トンネル接合における負性微分抵抗の観測 (2022)
  • Author(s): 川崎 盛矢,木下 圭,守谷 頼,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] ツイスト二層WTe2の対称性制御とレーザー角度分解光電子分光・SHG観測 (2022)
  • Author(s): 神谷 啓介,張 奕勁,山本 崇人,坂野 昌人,篠北 啓介,岡崎 尚太,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,松田 一成,石坂 香子,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] グラフェン量子輸送特性を通したh-BN結晶評価 (2022)
  • Author(s): 小野寺 桃子,渡邊 賢司,諫山 都子,増渕 覚,守谷 頼,芳賀 太史,谷口 尚,斎藤 晋,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] グラフェン/C-doped h-BN接合での欠陥アシストトンネル (2022)
  • Author(s): 瀬尾 優太,辻 悠基,小野寺 桃子,張 奕勁,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,町田 友樹
  • Organizer: 第８３回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] 超高速時間分解電子顕微鏡によるツイスト2層WSe2の超高速格子ダイナミクスの研究 (2022)
  • Author(s): 中村飛鳥, 千足勇介, 下志万貴博, 田中佑磨, 坂野昌人, 増渕覚, 町田友樹, 渡邊賢司, 谷口尚, 石坂香子
  • Organizer: 日本物理学会２０２２年秋季大会
• [Presentation] 180度ツイスト2層ReSe2における空間反転対称性の破れと電子状態 (2022)
  • Author(s): 赤塚俊輔, 坂野昌人, 山本崇人, 野本拓也, 有田亮太郎, 村田陵河, 笹川崇男, 渡邊賢司, 谷口尚, 北村未歩, 堀場弘司, 菅原克明, 相馬清吾, 佐藤宇史, 組頭広志, 篠北啓介, 松田一成, 増渕覚, 町田友樹, 石坂香子
  • Organizer: 日本物理学会２０２２年秋季大会