原子層遷移金属ダイカルコゲナイドによる室温円偏光レーザー素子の創出

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15383
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 蒲 江 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00805765)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 遷移金属ダイカルコゲナイド / 円偏光 / バレー分極 / 電解質 / 光共振器 / ヘテロ構造

研究実績の概要

本研究の目標は、次世代光量子通信を担う室温円偏光光源の創出である。具体的には、空間反転対称性が破れた原子層物質、遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）単層膜、が有する特異な電子構造（バレー分極）を利用することで、室温において円偏光発光の電気的生成・制御手法を確立する。さらに、微小光共振器の導入を行うことで、最終的には室温円偏光レーザー素子の作製を目指す。
本研究目的に対し、本年度は（I）様々なTMDC面内ヘテロ接合発光素子を作製し、室温における界面円偏光発光の制御と、（II）ミラー型光共振器を導入した発光素子作製の2項目について取り組んだ。以下にそれぞれの項目に関して研究実績の概要を示す。
（I）面内ヘテロ接合円偏光発光素子
様々な面内ヘテロ単層膜の高品質合成技術を確立し、それらを用いて電解質発光素子を作製した。顕微分光評価から接合界面の歪み効果に起因した室温円偏光発光が生じていることを明らかにした。
（II）光共振器を導入したTMDC発光素子
電解質発光素子にミラー型光共振器を導入して、角度分解発光分光評価を行った。その結果、共振器効果に由来した励起子－ポラリトン発光を室温で観測した。最終的には、上記の二項目を融合させた歪み共振器円偏光発光素子の実現に関して、シミュレーションによる素子設計を行った。以上の結果から、歪み方向や強度、及び共振器長を最適化し、高電流密度を素子に誘起することで、電流励起による円偏光レーザー発振が今後期待できる。

備考

プレスリリース

研究成果

• [国際共同研究] The University of Hong Kong/National Sun Yat-sen University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: The University of Hong Kong/National Sun Yat-sen University
• [雑誌論文] Electric-field-induced metal-insulator transition and quantum transport in large-area polycrystalline MoS2 monolayers (2022)
  • 著者名/発表者名: Hao Ou, Tomoyuki Yamada, Masaya Mitamura, Yusuke Edagawa, Tatsuma D. Matsuda, Kazuhiro Yanagi, Chang-Hsiao Chen, Lain-Jong Li, Taishi Takenobu, Jiang Pu
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: Just accepted ページ: Just accepted
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of a Two-Dimensional Electronic System in Laterally Assembled WTe Nanowires (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Shimizu, Jiang Pu, Zheng Liu, Hong En Lim, Mina Maruyama, Yusuke Nakanishi, Shunichiro Ito, Iori Kikuchi, Takahiko Endo, Kazuhiro Yanagi, Yugo Oshima, Susumu Okada, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1021/acsanm.2c00377
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanowire-to-Nanoribbon Conversion in Transition-Metal Chalcogenides: Implications for One-Dimensional Electronics and Optoelectronics (2021)
  • 著者名/発表者名: Hong En Lim, Zheng Liu, Juan Kim, Jiang Pu, Hiroshi Shimizu, Takahiko Endo, Yusuke Nakanishi, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 5 ページ: 1775-1782
  • DOI: 10.1021/acsanm.1c03160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Advances in Light-Emitting Electrochemical Cells with Low-Dimensional Quantum Materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • 雑誌名: Journal of the Imaging Society of Japan 巻: 60 ページ: 656-672
  • DOI: 10.11370/isj.60.656
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-Temperature Chiral Light-Emitting Diode Based on Strained Monolayer Semiconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu, Wenjin Zhang, Hirofumi Matsuoka, Yu Kobayashi, Yuhei Takaguchi, Yasumitsu Miyata, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Taishi Takenobu
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 33 ページ: 2100601
  • DOI: 10.1002/adma.202100601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial Control of Dynamic p-i-n Junctions in Transition Metal Dichalcogenide Light-Emitting Devices (2021)
  • 著者名/発表者名: Hao Ou, Hirofumi Matsuoka, Juliette Tempia, Tomoyuki Yamada, Togo Takahashi, Koshi Oi, Yuhei Takaguchi, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Chang-Hsiao Chen, Lain-Jong Li, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 15 ページ: 12911-12921
  • DOI: 10.1021/acsnano.1c01242
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electric Double Layer Doping of Charge-Ordered Insulators α-(BEDT-TTF)2I3 and α-(BETS)2I3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Kawasugi, Hikaru Masuda, Jiang Pu, Taishi Takenobu, Hiroshi M. Yamamoto, Reizo Kato, Naoya Tajima
  • 雑誌名: Crystals 巻: 11 ページ: 791
  • DOI: 10.3390/cryst11070791
  • 査読あり
• [雑誌論文] Air-stable and efficient electron doping of monolayer MoS2 by salt-crown ether treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Ogura, Masahiko Kaneda, Yusuke Nakanishi, Yoshiyuki Nonoguchi, Jiang Pu, Mari Ohfuchi, Toshifumi Irisawa, Hong En Lim, Takahiko Endo, Kazuhiro Yanagi, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 13 ページ: 8784-8789
  • DOI: 10.1039/D1NR01279G
  • 査読あり
• [学会発表] 量子スピン液体候補物質κ-(BEDT-TTF)_2_Cu_2_(CN)_3_に対するひずみ効果と電界効果Ⅱ (2022)
  • 著者名/発表者名: 櫻糀大仁, 川椙義高, 蒲江, 竹延大志, 加藤礼三, 山本浩史, 田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] Intercalation of group-XIII metals in crystalline bundles of WTe atomic wires (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Natsui, Hiroshi Shimizu, Zheng Liu, Iori Kikuchi, Jiang Pu, Taishi Takenobu, Hong En Lim, Takahiko Endo, Yusuke Nakanishi, Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: 第62回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] Monolayer in-plane heterojunction light-emitting devices with tunable composition distribution (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu
  • 学会等名: A3 The 9th International Workshop on 2D Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric-Field-Induced Metal-Insulator Transition and Quantum Transport in Large-Area Polycrystalline MoS2 Monolayers (2022)
  • 著者名/発表者名: Hao Ou, Jaing Pu, Taishi Takenobu
  • 学会等名: A3 The 9th International Workshop on 2D Materials
  • 国際学会
• [学会発表] ゲル状電解質を用いた機能性発光デバイス (2021)
  • 著者名/発表者名: 蒲江
  • 学会等名: レーザー学会第 560 回研究会 「有機コヒーレントフォトニクス」
  • 招待講演
• [学会発表] 高色純度青色発光低分子ν-DABNA を用いた電気化学発光セル (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中 友規, 蒲 江, 畠山 琢次, 竹延 大志
  • 学会等名: レーザー学会第 560 回研究会 「有機コヒーレントフォトニクス」
• [学会発表] Ultrapure-blue Light-emitting Electrochemical Cell Using ν-DABNA (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tanaka, Jiang Pu, Takuji Hatakeyama, Taishi Takenobu
  • 学会等名: MNC2021
  • 国際学会
• [学会発表] Air-stable, efficient n-type doping of MoS2 by salt-crown ether treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Ogura, Masahiko Kaneda, Yusuke Nakanishi, Yoshiyuki Nonoguchi, Jiang Pu, Mari Ohfuchi, Toshifumi Irisawa, Hong En Lim, Takahiko Endo, Kazuhiro Yanagi, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: MNC2021
  • 国際学会
• [学会発表] Air-stable n-type doping of monolayer MoS2 by crown-ether complexe (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Ogura, Masahiko Kaneda, Yusuke Nakanishi, Yoshiyuki Nonoguchi, Jiang Pu, Mari Ohfuchi, Toshifumi Irisawa, Hong En Lim, Takahiko Endo, Kazuhiro Yanagi, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: RPGR2021
  • 国際学会
• [学会発表] Chiral electroluminescence in monolayer lateral heterojunctions (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu, Naoki Wada, Wenjin Zhang, Yuhei Takaguchi, Kazunari Matsuda, Yuhei, Miyauchi, Yasumitsu Miyata, Taishi Takenobu
  • 学会等名: RPGR2021
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial Control of Dynamic p-i-n Junctions in Transition Metal Dichalcogenide Light-Emitting Devices (2021)
  • 著者名/発表者名: Hao Ou, Hirofumi Matsuoka, Juliette Tempia, Tomoyuki Yamada, Togo Takahashi, Koshi Oi, Yuhei Takaguchi, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Chang-Hsiao Chen, Lain-Jong Li, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • 学会等名: RPGR2021
  • 国際学会
• [学会発表] Large-area Superconducting NbSe2 Films with Nearly Isotropic Large Upper Critical Field (2021)
  • 著者名/発表者名: Togo Takahashi, Chisato Ando, Mitsufumi Saito, Yasumitsu Miyata, Yusuke Nakanishi, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • 学会等名: RPGR2021
  • 国際学会
• [学会発表] Wafer-Scale Growth of 1D Transition Metal Telluride Atomic Wires (2021)
  • 著者名/発表者名: Hong En Lim1, Yusuke Nakanishi, Zheng Liu , Jiang Pu, Mina Maruyama, Takahiko Endo, Chisato Ando, Hiroshi Shimizu, Kazuhiro Yanagi, Susumu Okada, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: RPGR2021
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrapure-blue Light-emitting Electochemical Cell Using ν-DABNA (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tanaka, Jiang Pu, Takuji Hatakeyama, Taishi Takenobu
  • 学会等名: ICFPE2021
  • 国際学会
• [学会発表] 歪み印加したWS2/WSe2ファンデルワールスヘテロ構造の光学特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福井 遼太郎, 宇佐美 怜, 鈴木 壮磨, 高橋 統吾, 遠藤 尚彦, 宮田 耕充, 北浦 良, 蒲 江, 竹延 大志
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 三次元構造を有する大面積NbSe2薄膜の超伝導特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 統吾, 安藤 千里, 斎藤 光史, 宮田 耕充, 中西 勇介, 蒲 江, 竹延 大志
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Light-Emitting Electrochemical Cells for Functional Optoelectronic Device Applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu
  • 学会等名: 錯体化学会第71回討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイドを用いた微小共振器発光デバイス (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 壮磨，小椋 友寛，遠藤 尚彦，宮田 耕充，山下 健一, 蒲 江，竹延 大志
  • 学会等名: 応用物理学会
• [学会発表] 気体原料を用いた1T′相WS2の化学気相成長 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 光博，林 永昌，菊地 伊織，岡田 直也，張 文馨，清水 哲夫，久保 利隆，蒲 江，竹延 大志，山田 貴壽，入沢 寿史
  • 学会等名: 応用物理学会
• [学会発表] 高色純度青色発光低分子νーDABNA を用いた LEC (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中友規、 蒲 江、 畠山 琢次、 竹延 大志
  • 学会等名: 応用物理学会
• [学会発表] 単層WS2における異常光起電力効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 統吾, 蒲 江, 遠藤 尚彦, 宮田 耕充, 竹延 大志
  • 学会等名: 応用物理学会
• [学会発表] Electrical Transport Properties of W6Te6 Nanowire Network Films (2021)
  • 著者名/発表者名: Iori Kikuchi, Hiroshi Shimizu, Lim Hong En, Takahiko Endo, Yusuke Nakanishi, Yasumitsu Miyata, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • 学会等名: The 61st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Wire-to-Ribbon Conversion in Transition Metal Chalcogenides (2021)
  • 著者名/発表者名: Hong En Lim, Zheng Liu, Jiang Pu, Hiroshi Shimizu, Takahiko Endo, Yusuke Nakanishi, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: The 61st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Electrolyte-based transition metal dichalcogenide light-emitting devices with microcavity (2021)
  • 著者名/発表者名: Soma Suzuki, Tomohiro Ogura, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Kenichi Yamashita, Jiang Pu, Taishi Takenobu
  • 学会等名: The 61st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous Photovoltaic Effect in Strained Monolayer WS2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Togo Takahashi, Jiang Pu, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Taishi Takenobu
  • 学会等名: The 61st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] The strain effect of optical properties on hetetostructure (2021)
  • 著者名/発表者名: Rei Usami, Ryotaro Fukui, Takahiko Endo, Yasumitsu Miyata, Souma Suzuki, Togo Takahashi, Ryo Kitaura, Jiang Pu, Taishi Takenob
  • 学会等名: The 61st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 国際学会
• [備考] 世界初！室温で右巻き・左巻き円偏光発光を自在に切替 ～次世代量子通信の光源技術としての応用に期待～
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20210727_engg.pdf