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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Exploring quantum transport in 2.5 dimensional material

Research Project

Project/Area Number 22H01898
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

守谷 頼  東京大学, 生産技術研究所, 特任准教授 (30548657)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords遷移金属ダイカルコゲナイド / 共鳴トンネル
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、数層遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)/トンネルバリア/数層TMDという二重量子井戸構造を作製し、作製した構造において共鳴トンネルを観測した。数層TMDがサ ブバンド量子化することを活用し、サブバンド量子化準位間の共鳴トンネルを実現した。TMDとしてWSe2をp型にドープした数層WSe2/h-BN/数層WSe2構造の作製に成功した。それぞれのp型WSe2へのオーミックコンタクトは高濃度p型ドープのp-MoS2を用いることで実現した。この素子構造において、2つのWSe2間に電圧を印加し、2つのWSe2の価電子帯のサブバンド同士の共鳴トンネル効果を実現した。共鳴トンネルの性能を示すピークバレー比として室温で7、低温で21という大きな値を実現した。この値は、これまでに報告されている二次元物質を用いた共鳴トンネル構造と比較して最大の値である。次にn型のWSe2を用いたn型WSe2/h-BN/n型WSe2構造において伝導帯サブバンドの共鳴トンネルの実験も行った。n型WSe2へのオーミックコンタクトについてはグラフェンを用いた。伝導帯サブバンドにおいてもサブバンド準位間の共鳴トンネルを観測した。さらに、本デバイスにおいては2つのn型WSe2の間の相対角度に依存した共鳴トンネル効果を観測した。これはn型WSe2の伝導帯バンドの特異な分散関係を反映しているためと現在考えている。これらの2種類のデバイスの評価により、サブバンド共鳴トンネルデバイスの最適化を達成した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請書に記載していた計画通り本年度は、数層TMD/トンネルバリア/数層TMDという二重量子井戸構造を作製し、p型WSe2/h-BN/p 型WSe2構造およびn型WS e2/h-BN/n型WSe2構造の両方においてサブバンド間共鳴トンネルの観測に成功した。さらに追加の成果として、p型WSe2/h-BN/p 型WSe2構造において共鳴トンネルのピークバレー比として室温で7、低温で21という二次元物質を用いた共鳴トンネル構造では最大の値を達成した。これらの理由より当初の計画を上回る成果をあげていると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後はサブバンド間の遷移に伴う光吸収を実証するための光電流測定を目指して研究を行う。入射光の波長(長波長赤外光)がサブバンド間の遷移エネルギーと一致した時に、光電流の増大が確認できればサブバ ンド間光吸収の存在およびその吸収効率が特定できる。試料構造を最適化することにより、大きな光電流が得られればTMD材料を用いた初めてのサブバンド遷移型光検出器が実現できる。

  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] All-dry flip-over stacking of van der Waals junctions of 2D materials using polyvinyl chloride2022

    • Author(s)
      Momoko Onodera,Yusai Wakafuji,Taketo Hashimoto,Satoru Masubuchi,Rai Moriya,Yijin Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 21963-1~7

    • DOI

      10.1038/s41598-022-26193-z

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluation of polyvinyl chloride adhesion to 2D crystal flakes2022

    • Author(s)
      Yusai Wakafuji,Momoko Onodera,Satoru Masubuchi,Rai Moriya,Yijin Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida
    • Journal Title

      npj 2D Materials and Applications

      Volume: 6 Pages: 44-1~6

    • DOI

      10.1038/s41699-022-00323-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Resonant Tunneling between Quantized Subbands in van der Waals Double Quantum Well Structure Based on Few-Layer WSe22022

    • Author(s)
      Kei Kinoshita,Rai Moriya,Shota Okazaki,Yijin Zhang,Satoru Masubuchi,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Takao Sasagawa,Tomoki Machida
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 22 Pages: 4640~4645

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.2c00396

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Defect-assisted tunneling spectroscopy of electronic band structure in twisted bilayer graphene/hexagonal boron nitride moire superlattices2022

    • Author(s)
      Yuta Seo,Satoru Masubuchi,Momoko Onodera,Rai Moriya,Yijin Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 120 Pages: 203103-1~6

    • DOI

      10.1063/5.0084996

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 共鳴トンネル効果を用いたツイスト2層WSe<sub>2</sub>の価電子帯Γ点バンドの検出2023

    • Author(s)
      木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Resonant tunneling between quantized subbands of few-layer WSe<sub>2</sub> in van der Waals double quantum well structures2023

    • Author(s)
      Kei Kinoshita
    • Organizer
      The 11th International Workshop on 2D Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhancement of photovoltaic response in Landau-quantized graphene using infrared optical cavity2023

    • Author(s)
      Sabin Park
    • Organizer
      The 11th International Workshop on 2D Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 国内 題目 Cavity-enhanced photo-thermoelectric effect in Landau-quantized graphene2023

    • Author(s)
      Sabin Park,Rai Moriya,Kenjiro Hayashi,Naoki Fushimi,Yijin Zhang,Satoru Masubuchi,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Daiyu Kondo,Shintaro Sato,Tomoki Machida
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会v
  • [Presentation] グラフェン/C-doped h-BN接合における欠陥アシストトンネル過程2023

    • Author(s)
      瀬尾 優太,辻 悠基,木下 圭,小野寺 桃子,張 奕勁,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,町田 友樹
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 折り畳みグラフェン/h-BN素子の作製と磁場反転接合の実現2023

    • Author(s)
      若藤 祐斉,守谷 頼,増渕 覚,張 奕勁,渡邊 賢司,谷口 尚,町田 友樹
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 二次元強誘電体CuInP<sub>2</sub>S<sub>6</sub>における面直バルク光起電力効果2022

    • Author(s)
      張 奕勁,谷口 黎,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 4層WSe<sub>2</sub>のサブバンド間共鳴トンネルにおけるツイスト角度依存性2022

    • Author(s)
      木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] バルクp+-MoS<sub>2</sub>/h-BN/バルクp<sup>+</sup>-MoS<sub>2</sub>トンネル接合における負性微分抵抗の観測2022

    • Author(s)
      川崎 盛矢,木下 圭,守谷 頼,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ツイスト二層WTe<sub>2</sub>の対称性制御とレーザー角度分解光電子分光・SHG観測2022

    • Author(s)
      神谷 啓介,張 奕勁,山本 崇人,坂野 昌人,篠北 啓介,岡崎 尚太,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,松田 一成,石坂 香子,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Charge accumulation in bilayer graphene/WSe<sub>2</sub>/monolayer graphene heterostructure2022

    • Author(s)
      Sabin Park,Rai Moriya,Yijin Zhang,Satoru Masubuchi,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Resonant tunneling between quantized subbands of few-layer WSe<sub>2</sub> in van der Waals double quantum well structures2022

    • Author(s)
      K. Kinoshita,R. Moriya,S. Okazaki,Y. Zhang,S. Masubuchi, K. Watanabe,T. Taniguchi,T. Sasagawa,T. Machida
    • Organizer
      35th International Conference on the Physics of Semiconductors
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェン/C-doped h-BN接合での欠陥アシストトンネル2022

    • Author(s)
      瀬尾 優太,辻 悠基,小野寺 桃子,張 奕勁,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] グラフェン量子輸送特性を通したh-BN結晶評価2022

    • Author(s)
      小野寺 桃子,渡邊 賢司,諫山 都子,増渕 覚,守谷 頼,芳賀 太史,谷口 尚,斎藤 晋,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 粘着テープ自動剥離装置を用いたグラフェンメカニカル劈開条件の最適化2022

    • Author(s)
      若藤 祐斉,増渕 覚,神谷 啓介,小野寺 桃子,張 奕勁,守谷 頼,町田 友樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会

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Published: 2023-12-25  

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