有機/無機2次元半導体接合を機軸としたトポロジカル絶縁体/超伝導ヘテロ接合の創出
| Project/Area Number |
22KJ2628
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| Project/Area Number (Other) |
22J23059 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | The University of Tokyo (2023)
Osaka Metropolitan University (2022) |
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Principal Investigator |
松山 圭吾 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 原子層物質 / 分子処理 / 原子層半導体 / 遷移金属カルコゲナイド / トポロジカル絶縁体 / 溶液プロセス / 有機無機ハイブリッド / 超伝導 / 分子化学 |
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| Outline of Research at the Start |
擾乱に強固な量子ビットの実現に向けた物質として、トポロジカル物質が注目されている。本研究では、安定に発現されるトポロジカル絶縁体や、任意箇所への超伝導相の発現に向けた物質科学を確立し、トポロジカル絶縁体/超伝導体接合界面の実現を目指す。手法として、有機分子/無機2次元半導体ハイブリッドの物質科学を展開する。有機溶液の利点を活用することで、任意の箇所・形状で、かつ安定性を有する実用的な量子デバイスの設計が可能となり、トポロジカル超伝導体実現への技術応用に繋げられると考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、トポロジカル物質による擾乱に強い量子ビットを用いた量子コンピュータへの関心が高まっている。トポロジカル物質の候補として、遷移金属カルコゲナイド(TMDC)が注目されている。TMDCはわずか３原子分の厚みしか持たず、その特異な結晶構造に起因した特異な電子状態から、半金属、さらにはトポロジカル絶縁体、超伝導と魅力的な物性を示すことが期待されている。こうした量子相を安定かつ任意の箇所に発現する手法がデバイス展開に向けて必要となるが、依然として未確立である。本研究では、TMDCと有機分子の接合界面での相互作用に着目することで、新たな設計自由度での量子デバイスを創出できると考え、研究を進めている。本年度は、TMDCのひとつである二硫化モリブデンについて、①トポロジカル絶縁体相②超伝導相の発現の双方の計画を進めた。①トポロジカル絶縁体相の発現：有機分子による被覆・電荷相互作用を用いることにより、半導体TMDCを大気安定なトポロジカル絶縁体相へと構造変化させる手法を開拓し、相変化の確認を行った。本処理を施した半導体TMDCにおけるラマン分光測定結果より、トポロジカル絶縁体相に起因するシグナルと数週間程度の大気安定性を確認した。さらに、半導体TMDCをチャネルとしたトランジスタの電気特性から、処理後に相転移に由来する金属的な伝導への変化が示唆された。極低温下での
②超伝導相発現に向けた取り組み：ドナー性分子/TMDC接合デバイスの伝導測定を実施した。極低温下において超伝導転移は確認されなかったものの、ゼロバイアスにも関わらず超伝導転移に迫るキャリア濃度の達成を確認した。興味深い点として、伝導の磁気依存性から通常の高濃度ドープTMDCでは報告されていない特徴（高い磁気抵抗値や非線形ホール抵抗挙動など）を見出しつつあり、TMDC上に堆積する分子による電子の不均一分布との関連を探索中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
TMDC/分子間の相互作用に着眼した①TMDCの相変化手法②高濃度電子注入法の双方とも当初の予定通り進行している。双方の成果について、国際論文誌への投稿準備を現在進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
超伝導/トポロジカル絶縁体ヘテロ構造の実現に向けたデバイス作製を推し進める。トポロジカル絶縁体相および超伝導相双方の同一面内での共存にあたり、これまでの実験結果のほか、電子状態やデバイス作製の観点から最適なTMDC結晶の層数2-3層はTMDCが最適であると想定しており、少数層TMDCを対象とした物性発現・観測を先鋭化する方針である。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
