Theory of band engineering on van der Waals heterostructures of atomically thin materials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03844
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: Kariyado Toshikaze 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主任研究員 (60711281)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 原子層物質 / 人工積層系 / 物質設計 / バンドエンジニアリング / バレートロニクス

Outline of Final Research Achievements

In this project, artificial stacked systems of atomically thin materials are theoretically studied focusing on designs of electronic band structures. As a result, the project leads to a proposal for stacking designs of new materials. For instance, it is theoretically demonstrated that a graphene derivative BC3 with a honeycomb structure leads to dimensionality control of its electronic band structure and has a potential for manipulating valley degrees of freedom, which are extra degrees of freedom of electron over charges and spins, upon making twisted bilayers. Through this project, modeling and analyzing methods for artificially stacked systems are elaborated, which accelerates further studies in relevant fields.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子のバンド構造をデザインすることは固体電子の運動の制御につながり、ひいては特異な量子状態を実現することや新規デバイスの開発にも発展し得る。本研究で扱った人工積層系は積層する物質の組み合わせや積層方法の多彩さを活かした電子状態制御が期待されている分野であり、本研究の成果であるところの新物質の提案は関連研究を推進させることができる。２次元物質元来の薄さからくる集積可能性と多彩さを組み合わせることで低消費電力な新規デバイス応用に結びつけることが期待される。