2020 Fiscal Year Annual Research Report
原子層人工ヘテロ構造におけるバレースピン量子光学の開拓と応用
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20H05664
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 一成 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小鍋 哲 法政大学, 生命科学部, 准教授 (40535506)
岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
竹延 大志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70343035)
北浦 良 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (50394903)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 原子層物質 / 量子光学 / ヘテロ構造 / バレースピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1] 原子層人工ヘテロ量子ドット作製技術
本年度は研究計画の初年度であるため、主にそのプラットフォームである原子層物質同士をファンデルワールス力で積み重ねた、原子層人工ヘテロ構造の作製に注力した。研究進捗を加速させるために、自動ステージと画像認識プログラムを備えた、二台の原子層ヘテロ構造作製システムを新たに立ち上げ稼働させた。同時に作製プロセスを最適化しヘテロ界面の特性向上に取むとともに、第二高調波発生の手法でヘテロ構造のツイスト角度を精密に決定することを可能にした。これら一連の研究進展により作製プロセスの高度化を進め、様々なツイスト角度を有する原子層半導体ヘテロ構造を準備できた。
[2] 原子層ヘテロ量子ドットの励起子状態と量子光学現象
原子層半導体をツイストして重ねることで生じるモアレ格子によって、周期的三次元量子閉じ込めポテンシャルを導入する。そのような原子層半導体人工ヘテロ構造（原子層ヘテロ量子ドット）を対象として、その電子状態を明らかにするために先端分光の光学系を立ち上げ実験を進めた。まず、その原子層人工ヘテロ構造の基礎光学特性に関する情報を得るため、極低温において発光測定を行い、構成要素である原子層二次元半導体に比べ、極めてシャープなスペクトルを観測し、確かに系にモアレポテンシャルが導入されていることを実験的に確認した。さらに、発光励起スペクトル分光の手法を適用し、三次元量子閉じ込めから期待される、零次元様な離散的な電子構造を有することを明らかにした。それと同時に、モアレポテンシャルに閉じ込められた零次元励起子のフォノン共鳴放出による、特異なエネルギー緩和プロセスの存在などを示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
原子層人工ヘテロ構造の作製技術の高度化と先端分光の光学系の立ち上げが、当初のスケジュールより早く進捗した。その結果、モアレポテンシャルに閉じ込められた励起子が、やはり零次元様な離散的な電子構造を有することを明らかにするとともに、フォノン共鳴放出による特異なエネルギー緩和プロセスの存在などを示すことができるなど研究が進展し、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、更にもう一台の原子層ヘテロ構造作製システムの再立ち上げを進めており、それを稼働させ計三台のシステムによって、原子層人工ヘテロ構造作製技術を確立し、研究の進捗を加速する。同時に、モアレポテンシャルに閉じ込められた励起子のコヒーレンス時間など、原子層人工ヘテロ構造の量子光学の研究を進める上で重要なパラメータに関する情報を得ることを目的として、研究を進める予定である。
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