2023 Fiscal Year Annual Research Report
van der Waals heterostructure devices based on two-dimensional correlated oxides
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of 2.5 Dimensional Materials: Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation |
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| Project/Area Number |
22H05472
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
山本 真人 関西大学, システム理工学部, 准教授 (00748717)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | 二次元材料 / 強相関酸化物 / ファンデルワールスヘテロ構造 / フォトルミネッセンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は物理気相成長(PVD)法によって劇的な絶縁体―金属相転移を示す二酸化バナジウム(VO2)フレークの合成に成功した。また、Si/SiO2基板上にPVD合成したVO2フレークは局所的に歪みが加わっており、バルク単結晶における相転移温度の340 Kよりも高い相転移温度を示すことも明らかにした。それをもとに2023年度は340 K以上において絶縁層と金属相が共存するVO2フレークと二次元半導体の一種である単層MoS2をファンデルワールスヘテロ構造化し、MoS2のフォトルミネッセンス(PL)特性がVO2の相状態によってどのように変調されるかを詳細に調べた。その結果、VO2上に積層したMoS2からのPL光のエネルギーはVO2の相転移前後でほとんど変化せず、VO2/MoS2間の電荷移動やVO2による誘電遮蔽の効果がVO2の相状態に依存しないことが分かった。一方で、PL光の強度は絶縁VO2と金属VO2上で異なり、その強度比はVO2の厚さに依存することが分かった。この結果は、絶縁体―金属相転移に伴いVO2の複素屈折率が変化し、MoS2からの放射光強度、およびMoS2への吸収光の強度がそれぞれ変調したためであると考えられる。実際に、VO2/SiO2/Siヘテロ構造上のMoS2からの発光強度がVO2の相状態、およびVO2の膜厚によってどのように変化するかを数値計算したところ、実験結果とよく一致した。これらの実験結果と数値計算結果は、相転移材料を用いて二次元半導体の発光特性を可逆的かつ空間的に変化できることを示しており、二次元半導体フォトニクスへの応用可能性を期待させるものである。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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