2022 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study on physical properties of moiré meta-materials
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20H01840
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
越野 幹人 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60361797)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 拓人 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (00750895)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 二次元物質 / グラフェン / モアレ超格子 / 遷移金属カルコゲナイド / トポロジカル物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) グラフェン/hBN系におけるモアレフォノン：グラフェン/六方晶窒化ホウ素モアレ超格子の面内音響フォノンを、連続体モデルを用いて理論的に研究した。個々の層のフォノンバンドは強く混成され、分散バンドと平坦バンドからなるモアレフォノンバンドに再構築されることを実証した。このフォノンバンド構造は、モアレ領域壁の運動を模した単純なネットワークモデルによって実効的に記述することができ、フラットバンドのモードは独立した弦の振動として解釈されることを示した。また、モアレフォノンはhBNによる反転対称性の破れによって角運動量を持つことを明らかにした。
(2) NbSe2のファンデルワールス界面における自発的スピンバレー分極：2次元NbSe2が、2次元強磁性体V5Se8とのvdW界面で自発的なスピン分極を持つ強磁性基底状態を形成することを実証した。これらの試料のAHE信号は面内磁場によって増強され、AHE信号には磁化以外の寄与は面内磁化によって生じたベリー曲率によって説明できることを示した。
(3) ツイストトポロジカル絶縁体積層における１次元界面状態}
3次元トポロジカル絶縁体のツイスト積層における界面状態の電子構造を理論的に研究した。表面ディラックコーンの中心がブリルアンゾーンの辺の中点に位置するとき、ツイスト系ではほぼ独立した一次元チャネルの界面状態が形成されることを見出した。このユニークな一次元状態は、ねじれ角を有効的な磁場とする有効ランダウ準位と理解することができる。
（４）ツイスト二層グラフェンにおけるモアレ周期乱れの効果：無秩序なモアレパターンを持つ魔法角ねじれ二層グラフェンの電子構造を研究した。不均一な格子歪みを取り入れた拡張連続体モデルを用いることで、フラットバンドの局所的な状態密度はほとんど広がらず、ほとんどの場所で上下のサブバンドに分裂することを見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
モアレ電子系、フォノン系についての研究がトポロジカル絶縁体や遷移金属カルコゲナイド、二次元磁性体を含む幅広い物質で展開され、従来のグラフェンの研究からスコープが大きく拡大した。また実験グループとの共同でNat. Commun.誌で出版し、共同研究が大いに進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)3層以上の多層モアレ系の研究を推進し、とくに近年注目されるツイスト３層グラフェンでの格子緩和と電子状態の研究をすすめる。(2) ３次元層状物質のツイスト積層における電気伝導の理論を構築する。(3) モアレフォノンの物理効果として、熱伝導度への影響を解析する。 (4) モアレ物質において、シフトカレントを始めとする非線形光学応答の研究を行う。(5) モアレ準結晶系でのランダウ準位及びサイクロトロン振動の研究を行う。
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