Elucidation and control of phonon properties in moire superlattices

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: MOURI SHINICHIRO 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126) ; 藤井 高志 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60571685)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: モアレ超格子 / フォノン物性 / 熱伝導 / グラフェン / 原子層材料

Outline of Final Research Achievements

This study investigates the angle dependence of thermal conductivity in graphene moire superlattices using micro-Raman spectroscopy. It has been demonstrated that in suspended twisted bilayer graphene, the thermal conductivity tends to decrease with an increase in the stacking angle. Additionally, in graphene/h-BN moire; superlattices, a significant change in thermal conductivity was observed with even a slight variation in the stacking angle.
To modulate phonon properties, the deposition of metallic gallium nano particles onto the moire; superlattice system was conducted. The results indicated that the changes in phonon properties differed according to the stacking angle. Furthermore, in remote carrier doping of atomic layer materials using periodically poled ferroelectric substrates, the impact of the h-BN intermediate layer thickness was elucidated.

Free Research Field

ナノ材料物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

原子層材料は次世代の省エネ電子デバイス応用のキーになる材料であり、そのフォノン物性や熱物性の解明は、省エネ性能向上に資する点で社会意義が大きい。本研究で、積層角度によって熱伝導度が変化する様子を実験的に明らかにすることができた点は、基礎科学的観点から大きな意義があるとともに、今後の省エネデバイスの設計指針を与える成果でもある。また、金属ナノ粒子の蒸着によりフォノン物性を制御できる可能性を見出した点も応用上重要な成果であると考えている。また、分極反転構造を用いたキャリアドーピングの成果は、低損失な原子層半導体デバイス応用への道を開く成果であり、今後そのデバイス応用にも取り組んでいきたい。