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層状半導体二次元結晶を用いたスピントロニクスと情報処理

研究課題

研究課題/領域番号 16J05099
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関大阪大学

研究代表者

張 奕勁  大阪大学, 産業科学研究所, 特別研究員(SPD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード遷移金属カルコゲナイド / 二次元物質 / ナノチューブ / バルク光起電力 / 太陽電池 / p-n接合 / LED / 二次元結晶 / スピントロニクス / 量子干渉効果 / 装置設計
研究実績の概要

今年度は、マックスプランク研究所での装置立ち上げが遅延していた昨年度に開始した遷移金属カルコゲナイド(TMD)ナノチューブの研究を継続し、主にバルクフォトボルタイック効果(bulk photovoltaic effect, BPVE)に着目した。
TMDは二次元の層状物質であり、TMDナノチューブはそれを丸めたチューブ構造をしている。BPVEは接合や界面を用いない光起電力効果で、一般的なp-n接合における光起電力効果とは全く異なるメカニズムによって発生する。そのため、BPVEは従来の太陽電池の変換効率の理論限界である30%を超える可能性を有する効果である。
今回我々はTMDナノチューブを用いて作製したナノデバイスでBPVEを観測した。ナノデバイスにおける当現象の報告はこれが初めてである。我々の用いた初歩的な構造のデバイスで外部量子効率1.3%を記録し、これは既知の他のバルク物質よりも数桁以上大きい値である。今後、次世代の太陽電池材料の候補としてナノ物質に注目が集まると思われる。また、二次元のままのTMDではこの現象は無視できる程に小さいことも確認し、結晶の対称性を低くすることが変換効率の上昇に重要な役割を担っていることが分かった。これらの成果は英国科学誌「Nature」から出版される。
また、本年度中には三つの招待講演を含む五つの学会で発表を行った。加えて、国内外の計6つの大学・研究機関でセミナーを行い、これまでの研究成果を発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 9件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Holon Institute of Technology/Weizmann Institute of Science(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] マックスプランク固体研究所(MPI-FKF)(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Emergent photovoltaic effect in intrinsic tungsten disulphide2019

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Zhang, T. Ideue, M. Onga, F. Qin, R. Suzuki, A. Zak, R. Tenne, J. H. Smet, Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Superconductivity in Pristine 2Ha-MoS2 at Ultrahigh Pressure2018

    • 著者名/発表者名
      Chi Zhenhua、Chen Xuliang、Yen Fei、Peng Feng、Zhou Yonghui、Zhu Jinlong、Zhang Yijin、Liu Xiaodi、Lin Chuanlong、Chu Shengqi、Li Yanchun、Zhao Jinggeng、Kagayama Tomoko、Ma Yanming、Yang Zhaorong
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 3 ページ: 037002-037002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.037002

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optoelectronic response of a WS2 tubular p-n junction2018

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yijin、Onga Masaru、Qin Feng、Shi Wu、Zak Alla、Tenne Reshef、Smet Jurgen、Iwasa Yoshihiro
    • 雑誌名

      2D Materials

      巻: 5 号: 3 ページ: 035002-035002

    • DOI

      10.1088/2053-1583/aab670

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Robustly protected carrier spin relaxation in electrostatically doped transition-metal dichalcogenides2017

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yijin、Shi Wu、Ye Jianting、Suzuki Ryuji、Iwasa Yoshihiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 20 ページ: 205302-205302

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.205302

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Extended Polymorphism of Two-Dimensional Material2017

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshida, J. Ye, Y. Zhang, Y. Imai, S. Kimura, A. Fujiwara, T. Nishizaki, N. Kobayashi, M. Nakano, and Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 17 号: 9 ページ: 5567-5571

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.7b02374

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Exciton Hall effect in monolayer MoS22017

    • 著者名/発表者名
      M. Onga, Y. Zhang, T. Ideue, and Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 16 号: 12 ページ: 1193-1197

    • DOI

      10.1038/nmat4996

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Potential Profile of Stabilized Field-Induced Lateral p-n Junction in Transition-Metal Dichalcogenides2017

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yijin、Suzuki Ryuji、Iwasa Yoshihiro
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 11 号: 12 ページ: 12583-12590

    • DOI

      10.1021/acsnano.7b06752

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 遷移金属カルコゲナイドナノチューブの光起電力2019

    • 著者名/発表者名
      張奕勁、井手上敏也、恩河大、秦峰、鈴木龍二、Alla Zak、Reshef Tenne、Jurgen Smet、岩佐義宏
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Emergent optoelectronic functionality in low dimensional non-centrosymmetric semiconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang, Toshiya Ideue, Masaru Onga, Feng Qin, Ryuji Suzuki, Alla Zak, Reshef Tenne, Jurgen H. Smet, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      META 2019, the 10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optoelectronic properties of tungsten disulfide nanotube2018

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang, Yoshihiro Iwasa, Jurgen Smet
    • 学会等名
      FET international workshop 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of crystal symmetry on optical responses in transition metal dichalcogenide nanostructures2018

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      International Workshops -Dirac Fermions and Relativistic Effects in 2D Materials-
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optoelectronic Functionalities of Transition-Metal Dichalcogenide Nanostructures2018

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang
    • 学会等名
      International Symposium -Low Dimensional Materials for Optoelectronics-
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optoelectronic functionalities in non-centrosymmetric low-dimensional materials2018

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang
    • 学会等名
      EU-JP Tokyo One-day Sympoium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optoelectronic properties of tungsten disulfide nanotube p-n junctions2018

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang, Masaru Onga, Feng Qin, Wu Shi, Alla Zak, Reshef Tenne, Jurgen Smet, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Carrier spin relaxation in electrostatically doped transition-metal dichalcogenides2017

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang, Wu Shi, Jianting Ye, Ryuji Suzuki, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      Graphene2017
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2017-03-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of transition-metal dichalcogenides beyond general electronics2017

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang
    • 学会等名
      Nano-Micro Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Field-induced p-n junction in transition-metal dichalcogenides2017

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zhang, Masaru Onga, Ryuji Suzuki, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      Graphene Week 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 遷移金属カルコゲナイドにおける磁気抵抗効果2016

    • 著者名/発表者名
      張 奕勁、鈴木 龍二、石 武、叶 劍挺、岩佐 義宏
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 遷移金属カルコゲナイド中に形成された横型p-n接合の伝導特性2016

    • 著者名/発表者名
      張 奕勁、鈴木 龍二、岩佐 義宏
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] WS2ナノチューブを用いた光電気デバイス2016

    • 著者名/発表者名
      張 奕勁、恩河 大、秦 峰、石 武、A. Zak、R. Tenne、岩佐 義宏
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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