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電子線分光による二次元材料の光学特性測定

Research Project

Project/Area Number 18F18350
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Review Section Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Host Researcher 末永 和知  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 首席研究員 (00357253)
Foreign Research Fellow GOGOI PRANJAL KUMAR  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2018-10-12 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
KeywordsEELS / 二次元半導体 / STEM / TMDC / vdW heterostructure / Dielectric function / Optical absorption
Outline of Annual Research Achievements

本共同研究では、二次元材料とくに単原子層物質の特異な光学特性を精密に評価し、とくに原子レベルの構造とエキシトン効果の因果関係を調べることを目的とした。

第一の研究テーマは、通常の光吸収スペクトルと電子線をプローブに用いた電子線損失スペクトルとの物理的な関連づけである。これまでの教科書的な解釈では、通常の光を用いた光吸収スペクトルが誘電応答関数の虚数部を表すのに比べ、電子を用いた吸収スペクトルは複素関数となり、一般的にはクラマークロニッヒ変換を行うことでお互いを参照できる。ところが試料が極限まで薄くなると電子線損失スペクトルにおいても実数部の影響が小さくなり、両者のスペクトルはほぼ等しくなる。言い換えるならばバルク試料における電子線スペクトルではスクリーニングによる効果が無視できないが、電子密度の薄い二次元材料もしくは一次元材料においては、両者の違いはほとんど考慮しなくてよい。原理的には散乱ベクトルと伝搬ベクトルの向きの違いを検討することが必要になる。本共同研究では、このような両者の違いを原理に立ち返って説明し、かつ実験的に検証した。議論に加わったウィーン大学のThomas Pichler博士と共同で現在、論文準備中である。
第二の研究テーマは、異なるバンドギャップとエキシトンエネルギーを持つ2種類の二次元材料を様々な方位で積層し、層間に発生するエキシトンを測定しようというものである。実際には台湾清華大学の共同研究者が合成したWSe2とMoS2の2種類の結晶を、当研究室で積層し、かつモノクロメータと収差補正機構を備えた電子線分光器を用いて吸収スペクトルと原子レベルの積層構造を同時に観察し、それらの結果を精密に関連づけた。この成果は一本の論文と3件の学会発表としてすでに公表された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(4 results)

All 2019

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Layer Rotation-Angle-Dependent Excitonic Absorption in van der Waals Heterostructures Revealed by Electron Energy Loss Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Gogoi Pranjal Kumar、Lin Yung-Chang、Senga Ryosuke、Komsa Hannu-Pekka、Wong Swee Liang、Chi Dongzhi、Krasheninnikov Arkady V.、Li Lain-Jong、Breese Mark B. H.、Pennycook Stephen J.、Wee Andrew T. S.、Suenaga Kazu
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 13 Pages: 9541-9550

    • DOI

      10.1021/acsnano.9b04530

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Momentum Conservation Driven Ultrafast Charge Transfer Dynamics of Interlayer Excitons in vdW Heterostructure2019

    • Author(s)
      Pranjal Kumar GOGOI
    • Organizer
      1&2DM Conference and Exhibition
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Layer rotation angle dependent ultrafast charge transfer dynamics of interlayer excitons in vdW heterostructure2019

    • Author(s)
      Pranjal Kumar GOGOI
    • Organizer
      2nd International Workshop on 2D Materials
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Momentum conserved ultrafast charge transfer dynamics of interlayerexcitons in vdW heterostructure2019

    • Author(s)
      Pranjal Kumar GOGOI
    • Organizer
      International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-10-15   Modified: 2021-01-27  

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