研究課題
本研究では、結晶内の運動量であるバレー自由度を利用したバレートロニクスの実現を目指して、二次元遷移金属ダイカルコゲナイドにおけるバレー擬スピン分極緩和の完全解明と制御を目的とした。これまでに、フェムト秒レーザーを用いて超高速分光システムを構築して、初期過程やダーク準位の影響等のバレー擬スピンの緩和に関する包括的な情報を得ることができるようになった。また、電界効果トランジスタデバイス構造を試料に施して、電気的に電子や正孔を注入することでクーロン相互作用を制御して光学特性を変調できた。平成３０年度はまず、電子と正孔がクーロン束縛した励起子のバレー擬スピン緩和におけるキャリア数の影響を調べた。二次元遷移金属ダイカルコゲナイドWSe2のキャリア数をゲート電圧で変調することで、バレー分極率を連続的に制御できることを実験的に示した。理論計算との比較から、キャリア注入により電子正孔交換相互作用が遮蔽され、バレー緩和が抑制されてバレー分極率が増大していることが明らかになった。この結果から、電子正孔交換相互作用が重要な緩和メカニズムであること、また、キャリア数によって制御できるということを実証できた。次に、注入されたキャリアを励起子が捕獲して形成される荷電励起子のバレー擬スピンの緩和過程の解明を目指した。正孔を捕獲して正に帯電した荷電励起子に注目して、超高速分光システムを用いてダイナミクスを詳細に調べ、低温でのバレー擬スピンの緩和時間が100ピコ秒以上であることを示した。これは、励起子(10ピコ秒)に比べて十分長く、励起子において重要であった交換相互作用が抑制されていることを示唆している。この結果から、正に帯電した荷電励起子のバレー緩和ダイナミクスが解明でき、緩和メカニズムに関する重要な情報を得ることができた。
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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