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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Theoretical Design on Opt-Electronic Devices of 2.5D Materials

Publicly Offered Research

Project AreaScience of 2.5 Dimensional Materials: Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation
Project/Area Number 22H05473
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

若林 克法  関西学院大学, 工学部, 教授 (50325156)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Keywordsトポロジカル物質 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 原子膜物質 / シフト電流 / エネルギーハーベスティング / 非線形光学応答 / 2.5次元物質
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、2次元および2.5次元物質における電子波動関数のトポロジカル特性を系統的に解析することで、電子物性の基礎学理を構築に貢献するとともに、エネルギーハーベスティングデバイスなど新しい光・電子デバイス設計のアイデアを提示することを目的とする。さらに、2.5次元物質における光学的な電子スピン励起過程に理論的に解析することで、スピン流の生成を制御し、エネルギー効率性の高い光・電子デバイスを設計することにある。
2023年度は、最近合成が報告された二次元炭素材料であるビフェニレンネットワーク(BPN)に着目し、その電子状態とトポロジカル特性を解析し、さらにフォトニック結晶への応用展開の可能性を探求した。BPNは、グラフェンと同じく炭素原子のみからなる二次元物質であり、四員環、六員環、八員環を含むユニークな結晶構造を持つ。そのため、ハニカム構造のグラフェンとは結合のトポロジーが異なる。我々は、BPNの結晶構造に基づく強束縛模型を用いて、電子状態およびザック位相を数値解析した。さらに、エッジ状態をもつ端構造を組み合わせて、「エッジのエッジ」として出現するコーナー状態の出現条件を解明した。
この他にも、遷移金属モノカルコゲナイド系に対する非線形光学応答効果に関する数値解析なども行った。また、領域メンバーとの共同研究を実施し、二階建てHexNetにおける電子状態解析などを行った。さらに、二次元配位ナノシートの電子状態解析と歪み効果に関する研究、およびスケーリング関数による最大局在ワニエ関数の構築手法の開発を実施した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

  • Research Products

    (22 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] IISER TIRUPATI(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      IISER TIRUPATI
  • [Int'l Joint Research] 寧波大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      寧波大学
  • [Journal Article] Microwave hinge states in a simple cubic lattice photonic crystal insulator2024

    • Author(s)
      Takahashi Shun、Ashida Yuya、Phan Huyen Thanh、Yamashita Kenichi、Ueda Tetsuya、Wakabayashi Katsunori、Iwamoto Satoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.125304

  • [Journal Article] Effective Conduction Path of a C60 Chain in a Nanogap Electrode2024

    • Author(s)
      Takei Masato、Hirama Takuma、Suga Hiroshi、Wakabayashi Katsunori、Tsukagoshi Kazuhito
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 6 Pages: 1740~1745

    • DOI

      10.1021/acsaelm.3c01656

  • [Journal Article] Topological edge and corner states in the biphenylene network2024

    • Author(s)
      Koizumi Keiki、Phan Huyen Thanh、Nishigomi Kento、Wakabayashi Katsunori
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.035431

  • [Journal Article] Topological edge and corner states in biphenylene photonic crystal2024

    • Author(s)
      Phan Huyen Thanh、Koizumi Keiki、Liu Feng、Wakabayashi Katsunori
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 32 Pages: 2223~2223

    • DOI

      10.1364/OE.510595

  • [Journal Article] Approximating maximally localized Wannier functions with position scaling eigenfunctions2023

    • Author(s)
      Hamai Yuji、Wakabayashi Katsunori
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.245413

  • [Journal Article] Bound states at disclinations: an additive rule of real and reciprocal space topology2023

    • Author(s)
      He Qinghua、Sun Jinhua、Deng Hai-Yao、Wakabayashi Katsunori、Liu Feng
    • Journal Title

      Frontiers in Physics

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fphy.2023.1213158

  • [Presentation] Electronic and topological properties of atomically-thin 2D Materials2024

    • Author(s)
      Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      International Conference on Frontiers in Pure and Applied Physics (ICFPAP-2024)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electronic and optical properties of monolayer SnS2024

    • Author(s)
      Y. Kusunoki, K. Wakabayashi
    • Organizer
      FNTG66
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Topological edge and corner states in 2D biphenylene network2024

    • Author(s)
      Keiki Koizumi, Huyen Thanh Phan, Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      FNTG66
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic states and strain effects of Co-based organic nanosheets2024

    • Author(s)
      Kento Nishigomi, Akichika Kumatani, Kazuhito Tsukagoshi, Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      FNTG66
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Skin effect caused by point gap topology in non-Hermitian photonic crystal2024

    • Author(s)
      Huyen Thanh Phan, Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Nonlinear optical effect and DC photocurrent for few-layered metallic TMDC2023

    • Author(s)
      Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      International Workshop on Advanced Materials and Devices (IWAMD 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Topological states in 3D Woodpile photonic crystal2023

    • Author(s)
      Huyen Thanh Phan, Shun Takahashi, Satoshi Iwamoto, and Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      International Workshop on Advanced Materials and Devices (IWAMD 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SnSとCoBHTの電子物性に関する理論的研究2023

    • Author(s)
      楠 勇輝, 西込健人, 若林克法
    • Organizer
      第6回領域会議
  • [Presentation] CoBHTの電子状態の歪み効果とトポロジカル特性2023

    • Author(s)
      西込 健人, 熊谷 明哉, 塚越 一仁, 若林 克法
    • Organizer
      応用物理学会関西支部講演会「SDGsと応用物理」
  • [Presentation] 二次元ビフェニレンネットワークのZak 位相とトポロジカル特性2023

    • Author(s)
      小泉圭輝, Phan Thanh Huyen, 若林克法
    • Organizer
      JST CREST トポロジー領域合同セミナー
  • [Presentation] 二次元ビフェニレンネットワークの電子状態とトポロジカル特性2023

    • Author(s)
      小泉圭輝, Phan Thanh Huyen, 若林克法
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] Higher Order Topological States in 3D Woodpile Photonic Crystal2023

    • Author(s)
      Huyen Thanh Phan, Shun Takahashi, Satoshi Iwamoto, Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      JST CREST トポロジー領域合同セミナー
  • [Presentation] Strain effects on topological properties of CoBHT2023

    • Author(s)
      Kento Nishigomi, Katsunori Wakabayashi
    • Organizer
      第5回領域会議
  • [Book] Encyclopedia of Condensed Matter Physics (Edited by T. Chakraborty)2023

    • Author(s)
      Katsunori Wakabayashi 他多数
    • Total Pages
      4466
    • Publisher
      Elsevier
    • ISBN
      9780323914086

URL: 

Published: 2024-12-25  

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