Challenge to manipulate and control valley current for realization of valleytronics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18865
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Aoki Nobuyuki 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60312930)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: バレーホール効果 / バレー流 / ゲート制御 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / ２次元物質 / 非局所電圧 / モアレ超格子

Outline of Final Research Achievements

In this study, for the purpose of electrical control of the valley current, we fabricated a Hall bar structure using a mono-layer of MoS2. In addition to a global-back gate, we introduced a local gate electrode and investigated how the non-local voltage generated by the valley-hole effect is controlled. As a result, it was found that the nonlocal voltage observed in the back gate sweep has a single peak at cryogenic temperatures, whereas it appears as two distinct peaks at 20 K. In addition, it was found that applying a negative voltage to the local gate electrode depleted the area underneath the gate electrode, resulting in a sharp decrease in the non-local voltage. As a result, it was clarified that the valley current can be electro-statically controlled.

Free Research Field

半導体物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

２次元物質で観測されるバレー流は，ベリー曲率によってKとK＇のバレーに依存した異常速度が付与されることで発現するバレーホール効果によって運ばれる。バレーによって互いに逆向きに進行するため正味の電荷の移動がキャンセルされ，無散逸での情報の伝達が可能となることから，超低消費デバイスの実現が期待されている。しかし，バレーホール効果の電気的な制御のみならず伝導特性による観測自体の例も少ないのが現状である。本研究では，局所ゲート電極の導入によってバレー流の伝達と遮断の切り替えを観測し，静電電気的な制御が可能であることを明らかにした。これらの成果はバレートロニクスの実現のための一歩となったと考える。