2次元ファンデルワールスハイパーマテリアルの創出と電荷輸送・光物性開拓

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
• Project/Area Number: 20H05264
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井手上 敏也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90757014)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ファンデルワールス結晶 / ハイパーマテリアル / ツイストロニクス / ヘテロ界面

Outline of Annual Research Achievements

2次元ファンデルワールス結晶界面における準周期的2次元構造（ファンデルワールスハイパーマテリアル）とその特徴的光電荷物性の研究を推進した。これまでに、3回回転対称性を持つ2次元半導体であるWSe2と2回回転対称性を持つ2次元半導体である黒リンを両物質の鏡像面が平行になるように積層して作製した界面において、鏡像面方向に分極およびそれを反映したバルク光起電力効果が発現することを報告していた。本年度は、このヘテロ界面の積層角度を変化させた捻り積層界面に着目し、そのような準周期2次元ヘテロ界面において分極や光起電力特性、第2次高調波発生がどのように変調されるかを詳細に調べた。
捻り積層角度を持つような積層界面では、両物質の鏡像面が平行になるように積層した0度積層界面で存在していた鏡像対称性が消失しているが、そのような対称性がより低下した界面においても特定の方向にバルク光起電力効果が現れ、その大きさが積層角度に依存するような振る舞いが観測された。同様の結果は第2次高調波発生の実験においても確認され、WSe2単独とは異なる特定の方位に歪んだ直線偏光の角度依存性を持つ第2次高調波のパターンがが積層角度によって系統的に変化する様子が明らかになった
以上の結果は、結晶構造の異なる非極性2次元半導体ヘテロ界面において発現する分極の大きさや方向が、積層角度によって変調されることを示唆しており、今後様々なファンデルワールスハイパーマテリアルを開拓する上で重要な知見になると考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Emergent transport properties in superconducting tungsten disulfide nanotubes (2022)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: Electronic Materials and Applications 2022 (EMA2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Emergent polarization and spontaneous photovoltaic effect at transition metal dichalcogenide/Black Phosphorus interface (2022)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: 9th International Workshop on 2D Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhanced photovoltaic effect in symmetry-engineered van der Waals nanostructures (2022)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: APS March Meeting 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Emergent polarization and intrinsic photovoltaic effect in symmetry-engineered van der Waals interface (2021)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: Japan-Italy joint workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ファンデルワールスナノ物質の対称性と整流現象 (2021)
  • Author(s): 井手上敏也
  • Organizer: 分子性固体オンラインセミナー
  • Invited
• [Presentation] Bulk photovoltaic effect in WSe2/Black Phosphorus interfaces (2021)
  • Author(s): T. Ideue, T. Akamatsu, L. Zhou, Y. Dong, S. Kitamura, M. Yoshii, D. Yang, M. Onga, Y. Nakagawa, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Larienzo, J. Huang, Z. Ye, T. Morimoto, H. Yuan, and Y. Iwasa
  • Organizer: 第82回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] ナノ物質の対称性制御とトポロジカル輸送 (2021)
  • Author(s): 井手上敏也
  • Organizer: 2021年度 CREST/さきがけ「トポロジー」領域 連携公開シンポジウム “トポロジカル科学の現在と未来”
  • Invited
• [Presentation] Intrinsic photovoltaic response in symmetry-engineered van der Waals heterointerfaces (2021)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: 5th EU-Japan Workshop on Graphene and Related 2D Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nonlinear superconducting transport and vortex dynamics in noncentrosymmetric nanomaterials (2021)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: 7th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Symmetry-engineered van der Waals interface with in-plane polarization and bulk photovoltaic effect (2021)
  • Author(s): Toshiya Ideue
  • Organizer: EP2DS-24/MSS-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Bulk photovoltaic effect in van der Waals hypermaterials (2021)
  • Author(s): T. Ideue, T. Akamatsu, L. Zhou, Y. Dong, S. Kitamura, M. Yoshii, D. Yang, M. Onga, Y. Nakagawa, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Larienzo, J. Huang, Z. Ye, T. Morimoto, H. Yuan, and Y. Iwasa
  • Organizer: Materials Research Meeting 2021
  • Int'l Joint Research