2023 Fiscal Year Final Research Report

Creation of 2D flat band materials through concerted experimental and theoretical studies

Research Project

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Project/Area Number	20H00328
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
Research Institution	Japan Advanced Institute of Science and Technology
Principal Investigator	Yamada-Takamura Yukiko (山田由起子) 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90344720)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉田靖雄金沢大学, 数物科学系, 准教授 (10589790) 深谷有喜国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究主幹 (40370465) 尾崎泰助東京大学, 物性研究所, 教授 (70356723)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	二次元材料 / フラットバンド / 走査プローブ顕微鏡 / 全反射高速陽電子回折 / 第一原理電子状態計算 / 角度分解光電子分光 / 薄膜
Outline of Final Research Achievements	Graphene, a honeycomb lattice of carbon atoms, which have linearly dispersing electronic bands resulting in high-mobility carriers mimicking massless relativistic particles attracts huge interests since its discovery in 2004. On the other hand, materials having dispersionless flat bands are also attracting interests since flat band can contribute to ferromagnetism or superconductivity. Hypothetical, two-dimensional (2D) kagome lattice is long known to have both linearly dispersing electronic bands and a flat band through theoretical studies, but experimental studies are scarce since it is difficult to find a kagome lattice in a real crystal. In this work, one of the new 2D flat band materials which has biatomic thickness suggested by our theoretical study was realized, and its electronic structure was experimentally characterized. Our work expands the crystal structures candidates to be considered, which will contribute to the exploration of new flat band materials.
Free Research Field	材料科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	仮想的で厚みのない二次元格子のバンド構造にフラットバンドが現れることは、従来の理論研究の結果から知られていた。本研究では、新しく提案された二原子分に相当する厚みのあるフラットバンドが発現する二次元結晶構造を実現し、その構造と電子状態の関係、低温における構造変化などを明らかにした。この研究を通じて、二次元フラットバンドマテリアルの候補となる結晶構造が増加した上に、それらには、厚み方向の原子間距離などにより電子状態制御が可能となるなど従来の仮想的二次元格子にはない性質があるため、今後の発展が期待できる。