Anomalous photocurrent response in van der Waals nanostructures
| Project/Area Number |
19K21843
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Ideue Toshiya 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90757014)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 異常光電流効果 / シフトカレント / ファンデルワールス結晶 / ファンデルワールスヘテロ界面 / 空間反転対称性の破れ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、様々な空間反転対称性の破れを有するファンデルワールス結晶のナノ構造や界面を結晶エンジニアリングを利用して実現し、物質が固有に示すゼロバイアス下光電流効果である、異常光電流効果の観測と機構解明を行う。劈開法や転写法等を用いて、ファンデルワールス結晶の新奇ナノ構造・界面を作製し、ゼロバイアス下光電流効果の空間マッピングを行うことで、異常光電流効果の観測を行う。また、異常光電流効果の詳細な温度・磁場依存性や波長・偏光・方位依存性を調べ、微視的機構の解明と現象の普遍性の検証を通して、ナノ物質における光電変換の新奇手法の提案と学理構築を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Novel photovoltaic property was explored in symmetry engineered van der Waals nanostructures. We found that in-plane electronic polarization and anomalous photocurrent response reflecting the polar structure can appear at the interface of two dimensional tungsten disulfide and black phosphorus, which have different crystal symmetries. By studying the detailed behaviors of photocurrent and comparing them with theoretical calculations, we clarified that observed photocurrent response can be explained by a quantum-mechanical shift current. The present results offer a simple guideline for symmetry engineering applicable to a variety of van der Waals interfaces. Improvement of power generation efficiency by optimization of material combination and device structure will be also expected.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、ファンデルワールス結晶ナノ構造における特徴的対称性に着目したユニークな研究であり、見出した対称性制御の方法は、様々なナノ構造に広く適応可能な手法である。今後、本成果を契機としたナノ物質における対称性制御を基軸とした物性や機能性開拓への新展開が期待される。また、観測した光電流の密度は、これまで報告されていた異常光電流効果に比べて大きく、ナノ物質の対称性や構造、物質の組み合わせを上手く設計することにより、効率的な太陽電池を開発できる可能性がある。
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Report
(3 results)
Research Products
(28 results)
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[Journal Article] A van der Waals interface that creats in-plane polarization and a spontaneous photovoltaic effect2021
Author(s)
T. Akamatsu, T. Ideue, L. Zhou, Y. Dong, S. Kitamura, M. Yoshii, D. Yang, M. Onga, Y. Nakagawa, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Laurienzo, J. Huang, Z. Ye, T. Morimoto, H. Yuan, and Y. Iwasa
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Journal Title
Science
Volume: 372
Pages: 68-72
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Anomalous photocurrent response in van der Waals heterointerface2021
Author(s)
Toshiya Ideue, Takatoshi Akamatsu, Ling Zhou, Sota Kitamura, Masaru Onga, Yuji Nakagawa, Joseph Laurienzo, Junwei Huang, Takahiro Morimoto, Hontao Yuan, Yoshihiro Iwasa
Organizer
American Physical Society March Meeting 2021
Related Report
Int'l Joint Research
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[Presentation] ファンデルワールスヘテロ界面におけるバルク光起電力効果2021
Author(s)
井手上敏也, 赤松孝俊, Zhou Ling, Yu Dong, 北村想太, 吉井真央, Dongyang Yang, 恩河大, 中川裕治, 渡邉賢司, 谷口尚, Joseph Laurienzo, Junwei Huang, Ziliang Ye, 森本高裕, Hongtao Yuan, 岩佐義宏
Organizer
第68回 応用物理学会 春季学術講演会
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[Presentation] ファンデルワールスヘテロ界面におけるバルク光起電力効果の積層角度依存性2020
Author(s)
井手上敏也, 赤松孝俊, Zhou Ling, 北村想太, 恩河大, 中川裕治, Joseph Laurienzo, Junwei Huang, 森本高裕, Hongtao Yuan, 岩佐義宏
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日本物理学会 2020年秋季大会
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