Clarification and control of valley-spin polarization relaxation in two-dimensional transition metal dichalcogenides

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14633
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Shinokita Keisuke 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (60806446)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 光物性 / ナノ材料 / 半導体物性

Outline of Final Research Achievements

This project focused on the clarification and control of valley polarization in two-dimensional transition metal dichalcogenides, in which valley degrees of freedom in momentum space is coupled with spin. We showed charged exciton in monolayer WSe2 has very long relaxation time of nanoseconds, which is goverened by phonon scattering process. In addition, we clarified fundamental optical properties of van der Waals heterostructures composed of two transition metal dichalcogenides, which is excellent platform to develop the valleytronics applicaton.

Free Research Field

光物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子の「バレー」の情報をデジタル情報処理の0と1に対応させて利用する概念は「オプトバレートロニクス」と呼ばれ、近年注目されている。その実現にはバレーの情報の長時間保持が必要であるが、実際にはきわめて短時間で情報が失われてしまい、その緩和メカニズムの理解や制御が十分でないため、基礎研究や応用展開を妨げている。本研究で得られた成果は、バレー緩和現象のメカニズムの解明という基礎科学的な意義に加えて、応用展開へのデバイス構造のデザインに新しい指針を与える。本研究で得られたバレー物理の知見をさらに発展させることで、将来の高速・省エネルギーな光電子デバイスの実現につながると期待される。