| 研究実績の概要 |
本研究では、二次元半導体を用いたバレーフォトニクスデバイスの作製に向けた基盤技術の開発を行った。具体的には、高結晶性の二次元半導体（MoS2, WS2など）の結晶成長法を確立し、さらにそれらを六方晶窒化ホウ素(hBN)上へ積層させる、あるいはhBNで包み込んだ構造(hBN/二次元半導体/hBN)の作製法も確立した。これらを確立する過程で、独自の化学気相成長法の装置を立ち上げるとともに、ズームマイクロスコープとステッピングモーターを組み合わせたマニピュレーションシステムを開発した。
フォトニクスデバイス応用に向けた基礎研究としてこれら独自装置を用いて作製した二次元半導体の光学応答を調べたところ、励起子分子からの発光が顕著に現れることを見出した。これは、今回作製した高品質資料では励起子の移動度が高いため拡散長が長くなり、励起子同士の衝突が促進されたためであると考えられる。さらに、異種の二次元半導体を積層させた積層ヘテロ構造についても発光分光を詳細に行ったところ、電子と正孔が層間で分離した種々の層間励起子からの発光を観測した。今回用いた二次元半導体はエネルギーの近いバレーで構成される電子状態をもっており、光励起によって異なるバレーに電子と正孔が同時に生成する。このような状況では、種々の異なる層間励起子が生成し、それらが光学応答に重要な寄与をすることがわかった。
以上に加えて、円偏光分解発光分光によってバレー偏極の測定も行い、今回作製した種々の物質においてバレー偏極が実現できることも確認した。以上の研究を通して、バレーフォトニクスデバイスへ向けた基盤技術を確立することができた。
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