| 研究実績の概要 |
原子一（数）層からなる物質系である原子層物質（グラフェン、カーボンナノチューブ、遷移金属ダイカルコゲナイド）が実現され、様々な研究分野に大きな影響を及ぼしている。これらは、原子一（数）層からなる物質系という共通部分を有しながら、構造・物性など多彩であり、新たな物質科学研究の舞台でもある。しかし、グラフェンナノ構造や遷移金属ダイカルコゲナイド（MX2;M=Mo, W, X=S, Se）など、その特異な光学的性質（光物性）は理解されているとは言い。そこで本研究では、様々な分光学的手法によるアプローチを取りながら、グラフェンナノ構造や遷移金属ダイカルコゲナイドなどの電子状態や光学的性質の解明を基に、特異な光機能発現を目指すことを目的とした。単層遷移金属ダイカルコゲナイドは、理想的な二次元系としてそこに閉じ込められた電子と正孔からなる励起子ではクーロン相互作用が著しく増大し、束縛エネルギーが数100meVと他の物質に比べても非常に大きく、かつ励起子とキャリアが束縛した荷電励起子（トリオン）が室温でも安定に存在する。このような原子層物質中でのクーロン相互作用の増大により、特異な励起子同士の相互作用に着目して研究を展開した。特に、遷移金属ダイカルコゲナイドである単層WSe2を対象に、詳細に発光イメージ・ダイナミクスを調べ、励起子間の多体効果について議論した。まず、発光イメージングの結果から、室温において数マイクロメートルに渡る長い励起子拡散現象が起こることがわかった。さらに、発光の時間分解測定により、励起光強度に強く依存した発光ダイナミクスを示すことを観測した。これは、クーロン相互作用の増大により、非常に高い効率で励起子・励起子消滅が起こと、さらにその励起子・励起子消滅過程に非常に長い励起子拡散が関与することなど、原子層物質に特徴的な物性を明らかにした。
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