2020 Fiscal Year Annual Research Report
二次元遷移金属ダイカルコゲナイドにおけるバレースピン分極の緩和モデルの構築と制御
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19K14633
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
篠北 啓介 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (60806446)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光物性 / ナノ材料 / 半導体物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、運動量空間のバレー自由度とスピンの自由度が結合した「バレースピン」による新規な機能性が発現する原子数層の二次元遷移金属ダイカルコゲナイドにおいて、バレースピン分極緩和メカニズムを解明し、その緩和の制御によるバレースピン分極の長寿命化を目指した。本課題の達成により、バレースピンという新しい物理自由度を使った次世代情報プロセスであるバレートロニクス応用の基礎の確立につながると考える。
まず、バレースピン分極緩和のダイナミクス解明を目的に、時間分解過渡反射測定の光学系を構築し、二次元遷移金属ダイカルコゲナイドWSe2のバレースピン分極緩和の応答を測定した。荷電励起子のバレースピン分極がナノ秒の長い緩和時定数をもつことを明らかにし、荷電励起子がバレートロニクス応用の有力な情報キャリアの候補であることを示した。さらに、温度依存性を詳細に測定し、荷電励起子のバレースピン分極緩和プロセスにおいてフォノン散乱が支配的であることを明らかにした。
次に、さらなるバレースピン分極緩和時間の長寿命化を目指し、複数の原子層物質を積層した人工ヘテロ構造を作製し、そのバレースピン分極の測定を行った。人工ヘテロ構造では電子と正孔の空間分離によりクーロン相互作用が弱くなることや、角度をつけて積層することで０次元的な振る舞いを示し、フォノンとの相互作用の抑制による長寿命のバレースピンが期待される。MoSe2/WSe2の人口ヘテロ構造の準共鳴条件での発光励起スペクトルを測定することで、人工ヘテロ超構造における励起子とフォノンとの相互作用を明らかにし、また高いバレースピン分極率が得られることを示した。本研究で得られた成果を発展させ、バレートロニクス応用の実現に向けて、人工ヘテロ構造で得られた高いバレースピン分極率の緩和メカニズムの解明や、より長寿命のバレー分極の達成を目指す。
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