原子層の電子物性、量子輸送および光物性の理論

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 原子層科学
• 研究課題/領域番号: 25107005
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 越野 幹人 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60361797)
• 研究分担者: 齋藤 理一郎 東北大学, 理学研究科, 教授 (00178518) ; 齋藤 晋 東京工業大学, 理学院, 教授 (00262254) ; 青木 秀夫 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (50114351) ; 若林 克法 関西学院大学, 理工学部, 教授 (50325156)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 原子層 / グラフェン / 遷移金属カルコゲナイド

研究実績の概要

平成29年度は原子層物質における物性研究を推進するとともに５年間の研究の総括を行った。越野らは回転積層グラフェンにおける格子ひずみ効果を研究し、AB積層とBA積層の三角ドメイン構造が自発的に生成されること、さらにひずみによって電子のエネルギーバンドにギャップが開くことを示した。このエネルギーギャップは最近の超伝導実験を含む幾つかの実験において実際に観測されており、現時点ではギャップを説明する唯一の理論である。また越野はLancaster大のMcCannらとともに国際共同研究を行い、少数層グラファイトにおける電子間相互作用の効果を調べた。偶数層グラフェンにおいて実験で観測されている自発的絶縁状態の生成メカニズムを明らかにした。齋藤らは原子層のラマンとバレー偏極に関して理論研究を行い、特に、遷移金属カルコゲナイド、黒リンおよび GaTeを始めとする様々な新しい原子層物質のラマン分光スペクトルの解析を行った。若林らはCVD法で成長した原子層によく見られるドメイン境界での電子状態および磁性を明らかにし、また磁気的ドメイン境界がスピンフィルタの役割を果たすことを示した。青木はMax Planck研究所の岡、北村と共同で、原子層モット絶縁体に円偏光をあて非平衡にすることで、スピンが空間的に特殊な配向をもつ「カイラルスピン状態」が出現することを予言した。斎藤らは２層BNナノチューブ系のバンド構造を理論的に計算し、曲率の効果を利用することにより、浅いドナー準位を実現できることを発見した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学/コロンビア大学/ハーバード大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: マサチューセッツ工科大学/コロンビア大学/ハーバード大学
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] 韓国高等科学院/成均館大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 韓国高等科学院/成均館大学
• [国際共同研究] ニューヨーク大学上海/中国科学院IMR(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: ニューヨーク大学上海/中国科学院IMR
• [国際共同研究] ランカスター大学/レスター大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ランカスター大学/レスター大学
• [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックスプランク研究所
• [雑誌論文] Topological Edge States of Honeycomb Lattice with Zero Berry Curvature (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Liu, M. Yamamoto, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 123707
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.123707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasiparticle energies and dielectric functions of diamond polytypes (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sakurai, J. R. Chelikowsky, S. G. Louie, and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. Materials 巻: 1 ページ: 54603
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevMaterials.1.054603
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing a divergent van Hove singularity of graphene with a Ca2N support: A layered electride as a solid-state dopant (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Inoshita, M. Tsukada, S. Saito, and H. Hosono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 245303
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.245303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical absorption in collapsed carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ando
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 064709/1-9
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.064709
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entanglement Chern number for three-dimensional topological insulators: Characterization by Weyl points of entanglement Hamiltonians (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Araki, T. Fukui and Y. Hatsugai
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 165139
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.165139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Many-Body Chern Numbers of nu=1/3 and 1/2 States on Various Lattices (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, T. Kariyado and Y. Hatsugai
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 86 ページ: 103701
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.103701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge states of hydrogen terminated monolayer materials: silicene, germanene and stanene ribbons (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Hattori, S. Tanaya, K. Yada, M. Araidai, M. Sato, Y. Hatsugai, K. Shiraishi and Y. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: 29 ページ: 115302
  • DOI: DOI:10.1088/1361-648X/aa57e0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-phonon Absorption Spectra in the Layered Honeycomb Compound α-RuCl3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Hasegawa, T. Aoyama, K. Sasaki, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, T. Shirakura, R. Saito, Y. Imai, K. Ohgushi,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 86 ページ: 123709
  • DOI: DOI:https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.123709
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman Excitation Profile of the G-band Enhancement in Twisted Bilayer Graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: G. S. N. Eliel, H. B. Ribeiro, K. Sato, R. Saito, Chun-Chieh Lu, Po-Wen Chiu, C. Fantini, A. Righi, M. A. Pimenta
  • 雑誌名: Brazillian Journal of Physics 巻: 47 ページ: 589
  • DOI: DOI:10.1007/s13538-017-0526-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A new class of flat-band models on tetragonal and hexagonal lattices: gapped vs crossing flat bands (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Misumi and Hideo Aoki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 155137
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.155137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probing and controlling spin chirality in Mott insulators by circularly polarized laser (2017)
  • 著者名/発表者名: Sota Kitamura, Takashi Oka and Hideo Aoki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 14406
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.014406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hidden symmetries in N-layer dielectric stacks (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, M. S. Ukhtary, R. Saito
  • 雑誌名: J. Phys. Condens. Matter 巻: 29 ページ: 455303
  • DOI: DOI:10.1088/1361-648X/aa865c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional carbon Archimedean lattices for high-performance electromechanical actuators (2017)
  • 著者名/発表者名: N. T. Hung, A. R. T. Nugraha, R. Saito
  • 雑誌名: Carbon 巻: 125 ページ: 472-479
  • DOI: DOI:10.1016/j.carbon.2017.09.083
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Negative Refraction in Weyl Semimetals (2017)
  • 著者名/発表者名: M. S. Ukhtary, A. R. T. Nugraha, R. Saito
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 86 ページ: 104703
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.104703
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two-dimensional InSe as a potential thermoelectric material (2017)
  • 著者名/発表者名: N. T. Hung, A. R. T. Nugraha, R. Saito
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 111 ページ: 92107
  • DOI: DOI:10.1063/1.5001184
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First-principles study on interlayer state in alkali and alkaline earth metal atoms intercalated bilayer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko, R. Saito
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 665 ページ: 1-9
  • DOI: DOI:10.1016/j.susc.2017.07.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensitive Phonon-Based Probe for Structure Identification of 1T' MoTe2 (2017)
  • 著者名/発表者名: L. Zhou, S. Huang, Y. Tatsumi, L. Wu, H. Guo, Y.-Q. Bie, K. Ueno, T. Yang, Y. Zhu, J. Kong, R. Saito, M. Dresselhaus
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 ページ: 8396
  • DOI: DOI:10.1021/jacs.7b03445
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Circular dichroism of single-wall carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, Y. Tatsumi, R. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 155436
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.155436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Topological Phase with a Zero Berry Curvature (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Liu, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 118 ページ: 76803
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.118.076803
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Universal self-amplification channel for surface plasma waves (2017)
  • 著者名/発表者名: H.-Y. Deng, Katsunori Wakabayashi, adn Chi-Hang Lam
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 45428
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.045428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge-induced electrochemical actuation of armchair carbon nanotube bundles (2017)
  • 著者名/発表者名: N. T. Hung, A. R. T. Nugraha, R. Saito
  • 雑誌名: Carbon 巻: 118 ページ: 278
  • DOI: DOI:10.1016/j.carbon.2017.03.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum interference on electron scattering in graphene by carbon impurities in underlying h-BN (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko, M. Koshino, R. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 125421
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.125421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Terahertz-Wave Absorption by Monolayer Graphene in a Total Internal Reflection Geometry (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Harada, M. S. Ukhtary, M. Wang, S. Srinivasan, E. H. Hasdeo, A. R. T. Nugraha, G. Noe, Y. Sakai, R. Vajtai, P. M. Ajayan, R. Saito, J. Kono
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 4 ページ: 121-126
  • DOI: DOI:10.1021/acsphotonics.6b00663
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stability and electronic properties of two-dimensional indium iodide (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Wang, B. Dong, H. Guo, T. Yang, Z. Zhu, G. Hu, R. Saito, Z. Zhang
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 45404
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.045404
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective coherent phonon-mode generation in single-wall carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: A. R. T. Nugraha, E. H. Hasdeo, R. Saito
  • 雑誌名: J. Phys. Condens. Matter 巻: 29 ページ: 55302
  • DOI: DOI:10.1088/1361-648X/29/5/055302
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Alternative structure of TiO2 with higher energy valence band edge (2017)
  • 著者名/発表者名: Sinisa Coh, Peter Y. Yu, Yuta Aoki, S. Saito, Steven G. Louie, and Marvin L. Cohen
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 85422
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.085422
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Energetics and Scanning Tunneling Microscopy Images of B and N Defectsin Graphene Bilayer (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujimoto, S. Saito
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics 巻: 186 ページ: 107-112
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-319-46601-9_13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of magnetic response and Hall effect in bulk Rashba system (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ando and H. Suzuura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 014701/1-9
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.014701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of electron-hole asymmetry on magnetic response in graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ando and H. Suzuura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 015001/1-2
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.015001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Note on formula of weak-field Hall conductivity: Singular behavior for long-range scatterers (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ando and H. Suzuura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 014709/1-12
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.014709
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic susceptibility of collapsed carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ando
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 024704/1-10
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.86.024704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge states of mechanical diamond and its topological origin (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takahashi, T. Kariyado, and Y. Hatsugai
  • 雑誌名: New J. Phys. 巻: 19 ページ: 35003
  • DOI: DOI:10.1088/1367-2630/aa5edb
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lattice relaxation and energy band modulation in twisted bilayer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Nguyen N. T. Nam, M. Koshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 75311
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.075311
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous Hall effect in 2H-phase MX2 transition-metal dichalcogenide monolayers on ferromagnetic substrates (M= Mo, W, and X= S, Se, Te) (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Habe, M. Koshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 85411
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.96.085411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction-induced insulating states in multilayer graphenes (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Koshino, K. Sugisawa, E. McCann
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 235311
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.235311
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetotransport in Weyl semimetal nanowires (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Igarashi, M. Koshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 195306
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.95.195306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of Tertiary Dirac Points in Graphene Moire Superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Chen, M. Sui, D. Wang, S. Wang, J. Jung, P. Moon, S. Adam, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Zhou, M. Koshino, G. Zhang, Y. Zhang
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 17 ページ: 3576
  • DOI: DOI:10.1021/acs.nanolett.7b00735
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Controlling THz absorption of graphene in dielectric materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Saito
  • 学会等名: International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials (IWEPNM 2018) Kirchberg
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] C60 Then and Now (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: International Symposium on Materials Science and Technology toward Energy-Saving Society （March 12－13, 2018、Tokyo）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological Properties and Edge Effects on Electronic States of Graphene and Related Nanomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 学会等名: The 10th International Conference on Advanced Materials and Devices (ICAMD 2017), 5-8 Dec. 2017, Jeju, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological Properties and Edge Effects on Electronic States of Graphene and Related Nanomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 学会等名: International Conference on Condensed Matter Physics, Indian Statistical Institute, Kolkata, India, 14-16 November, 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological Properties and Edge Effects on Electronic States of Graphene and Related Nanomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 学会等名: 4th Indo-Japan Workshop on Applications of Layered Materials: Advances and Perspectives, November 7-9, 2017, Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological Properties and Edge Effects on Electronic States of Graphene and Related Nanomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 学会等名: International Conference on Functional Nanomaterials&Nanotechnology (ICFNN 2017), October 10-13, Kathmandu, Nepal
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanoscale and Edge Effects on Electronic Properties of Graphene and Related Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 学会等名: 1st Nippon-Taiwan WS on Innovation of Emergent Materials, Feb. 20-21, 2017, Kobe-Sanda Campus, Kwansei Gakuin University, Hyogo, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum phases induced by circularly-polarised light --- Floquet-topological states (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideo Aoki
  • 学会等名: New trends in theory for experiments at advanced light sources (Hamburg, Germany, 30 Nov 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Condensed-matter systems shaken, not stirred: non-equilibrium avenue to novel quantum phases (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideo Aoki
  • 学会等名: Zurich Colloquium (ETH Zurich, Switzerland, 27 Sept 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Controlling optical absorption of graphene in dielectric multilayers (2017)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Saito
  • 学会等名: India-Japan Symposium on Laytered Materials: Advances and Perspectives, (Nagoya University, Japan, Nov. 7-9, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Diffusive and ballistic thermal conductivity of graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Saito
  • 学会等名: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Energy and Electronics (Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics (SINANO) Suzhou China, Oct 26, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Circular dichroism of single wall carbon nanotubes (keynote) (2017)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Saito
  • 学会等名: 11th International Workshop on Metrology, Standardization and Industrial Quality of Nanotubes (MSIN17) (Belo Horizonte, Brazil, June 30, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermoelectricity and THz optics of two dimensional materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Saito
  • 学会等名: EU Japan 2nd Workshop, (Barcelona, Spain, May 6-8, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New diamond phases and their properties predicted from the first-principles theory (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Saito
  • 学会等名: Inter-institutional Meeting in Interdisciplinary Theoretical and Computational Physical Sciences ITCPS2017 (Tokyo, Meguro October 4-6, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Materials Design and Electronic-Structure Engineering with Low-Dimensional Atomic Layers (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Saito
  • 学会等名: Department Seminar of the Department of Materials Science and NanoEngineering, Rice University (Houston, USA, March 9, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Density-Functional Approaches to Two-Dimensional Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Saito
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Novel Materials for Next Generation Electronics and Catalysis (Yokohama, Japan, February 16-17, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic topological phenomena in graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ando
  • 学会等名: First SAINT-BK21Plus International Workshop, (Daemyung Resort, Korea, October 19, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Physics of Moire Interfaces in 2D Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Mikito Koshino
  • 学会等名: 5th Ito International Research Center (IIRC) Conference “Forefront of Molecular Dynamics at Surfaces and Interfaces:
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hofstadter’s butterfly in 2D and 3D (2017)
  • 著者名/発表者名: Mikito Koshino
  • 学会等名: Symposium: Hofstadter Butterfly (Regensburg, Germany, October 20, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Physics of moire superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: Mikito Koshino
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CCMR 2017) (Jeju, Korea, June 26-30, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Physics of incommensurate 2D crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Mikito Koshino
  • 学会等名: Regensburg-Tohoku Workshop on Solid-State Physics and Spintronics (Zao, Japan, March 28-30, 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 二次元物質の科学: グラフェンなどの分子シートが生み出す新世界 (2017)
  • 著者名/発表者名: 齋藤理一郎、青木秀夫、他
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 978-4759813852