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2015 年度 実績報告書

ナノグラフェン・遷移金属カルコゲナイドにおける新規光物性の開拓

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107522
研究機関京都大学

研究代表者

松田 一成  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード原子層物質 / 光物性 / 励起子 / 荷電励起子
研究実績の概要

単原子層物質は、グラフェンのディラック電子系、遷移金属カルコゲナイド(MX2; M=Mo, W X=S, Se, Te)における波数空間上での谷(バレー)とスピン自由度の特異性など、多彩な物性発現の舞台である。本研究では、ナノグラフェン、単層遷移金属カルコゲナイドなどの単原子層物質を舞台に、谷(バレー)とスピン自由度が関与する新たな光物性の開拓を目指した。一連の遷移金属ダイカルコゲナイドMX2では、物質ごとにスピン軌道相互作用の大きさやバンド構造が異なるため、ここではバレースピン分極に関する測定がなされていないMoTe2を対象に円偏光励起による偏光分解の発光測定などを行った。
機械剥離により作製された単層MoTe2の発光スペクトルを極低温から室温まで測定した。その結果、極低温では荷電励起子(トリオン)と励起子からの発光ピークが観測された。さらに、発光スペクトルの温度依存性から励起子発光スペクトルの線幅が広がる様子が観測された。発光スペクトルの線幅は、励起子の位相緩和時間の情報を含んでおり、温度上昇とともに励起子の位相緩和時間が短くなることがわかった。これらの結果から、位相緩和のメカニズムに励起子が音響フォノンによって散乱されるプロセスが支配的であることが明らかとなった。さらに、偏光分解の発光測定からMoTe2のバレースピン分極は極低温で40%程度であることが明らかとなった。また、その温度依存性などから、遷移金属ダイカルコゲナイドで最も典型的なMoS2と同様な振る舞いであることがわかった。このことはモリブデンベースの遷移金属ダイカルコゲナイドMoX(X=S, Se, Te)において、S, Teが類似したバレースピン分極の振る舞いをしていることが明らかとなった。さらに、TypeIと呼ばれるバンド構造を有するMoTe2をベースにしたMoTe2/WSe2原子層人工ヘテロ構造の作製に成功した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 6件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] シンガポール国立大学(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      シンガポール国立大学
  • [雑誌論文] Homogeneous linewidth broadening and exciton dephasing mechanism in MoTe22016

    • 著者名/発表者名
      S. Koirala, S. Mouri, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 93 ページ: 075411

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.075411

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Exciton-plasmon coupling and electromagnetically induced transparency in monolayer semiconductor hybridized with Ag nanoparticels2016

    • 著者名/発表者名
      W. Zhao, S. Wang, B. Liu, I. Verzhbitskiy, S. Li, F. Giustiano, D. Kozawa, K. P. Loh, K. Matsuda, K. Okamoto, R. F. Oulton, and G. Eda
    • 雑誌名

      Adv. Mat.

      巻: 28 ページ: 2709-2715

    • DOI

      10.1002/adma.201504478

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication and in-situ TEM characterization of freestanding graphene nanoribbon device2016

    • 著者名/発表者名
      Q. Wang, R. Kitaura, S. Suzuki, Y. Miyauchi, K. Matsuda, Y. Yamamoto, S. Arai, and H. Shinohara
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 10 ページ: 1475-1480

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b06975

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient near-infrared up-conversion photoluminescence in carbon nanotubes2015

    • 著者名/発表者名
      Akizuki, S. Aota, S. Mouri, K. Matsuda, and Y. Miyauchi
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 6 ページ: 8920

    • DOI

      10.1038/ncomms9920

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enhanced photovoltaic performances of graphene/Si solar cells by insertion of MoS2 thin film2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuboi, F. Wang, D. Kozawa, K. Funahashi, S. Mouri, Y. Miyauchi, T. Takenobu and K. Matsuda
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 7 ページ: 14476-14482

    • DOI

      10.1039/C5NR03046C

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Optical properties of atomically thin layered transition metal dichalchogenide2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn

      巻: 84 ページ: 121009

    • DOI

      10.7566/JPSJ.84.121009

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Novel optical properties of nano-carbon and two-dimensional materials2016

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 学会等名
      The 3rd Muju international Winter School
    • 発表場所
      Muju, Korea
    • 年月日
      2016-01-17 – 2016-01-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel optical properties and application of atomically thin two-dimensional material and its hetero-structure2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 学会等名
      CEMS Topical Meeting on Emergent 2D Materials
    • 発表場所
      Wako, Japan
    • 年月日
      2015-12-11 – 2015-12-12
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel optical properties of monolayer transition metal dichalcogenide2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 学会等名
      6th A3 symposium on Energy Materials
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2015-11-09 – 2015-11-12
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] undamental optical properties and optical device application of 2D materials2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 学会等名
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Hokaido, Japan
    • 年月日
      2015-09-27 – 2015-09-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel excitonic properties arising from excitons and trions in nano-carbon and atomically thin layered materials2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 学会等名
      6th Workshop of Nanotube Optics and Nanospectroscopy
    • 発表場所
      Konster Banz, Germany
    • 年月日
      2015-06-01 – 2015-06-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel excitonic properties of nano-carbon and atomically thin layered materials2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda
    • 学会等名
      11th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials
    • 発表場所
      Montreal, Canada
    • 年月日
      2015-05-18 – 2015-05-22
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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