Theoretical Functional Design of 2D Topological Materials and Photonics Applications

二维拓扑材料和光子学应用的理论功能设计

基本信息

批准号：
21H01019
负责人：
若林克法
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01019/
关键词：
原子膜物質トポロジカル物質フォトニック結晶光学応答エネルギーハーベスティング遷移金属ダイカルコゲナイドシフト電流高次トポロジカル状態非線形光学応答 NbSe2 円偏光電子輸送現象グラフェンザック位相光応答 SSH模型ナノリボン

项目摘要

グラフェンや遷移金属カルコゲナイド系物質(TMDC)などの系の厚さが一原子層である原子膜物質では、エッジや表面などによって、特異な電子物性が発現する。さらに近年、物質科学をトポロジー（位相幾何学）という数学概念で捉え直すことで、結晶中のブロッホ電子が有する波動関数の位相情報によって、エッジ・ヒンジ・コーナーなどの物質境界に出現する特異な局在状態が規定されることがわかってきている。エッジやコーナーなどの境界での波動関数の局在は、ナノスケール材料における局在磁性や完全伝導チャンネルの起源となる一方、フォトニクス結晶の言葉に焼き直せば、光の局在（閉じ込め）や高効率光伝搬に対応する。これらトポロジカルに保護された状態は、新しい電子・光デバイス設計への源泉となるものである。本研究では、二次元原子膜の電子波動関数が有するトポロジーに着目し、物質の機能を設計する理論を整備する。さらに、原子膜物質で得られた知見を、より実装しやすい電磁場系に展開を図り、フォトニック結晶の設計へと繋げる。原子膜物理とフォトニクスを分野横断する研究を推進し、新しい光・電子デバイスのベースとなる基礎物性の理論的解明へと貢献する。本研究課題によって、二次元原子膜物理からフォトニック系にわたる、新たなトポロジカル状態の発見や制御の指針を提示する。さらに、「トポロジカル機能設計」の基礎学理の構築に貢献する。

在具有单原子厚度的原子膜材料（例如石墨烯和过渡金属硫化物质化物材料（TMDC））中，诸如石墨烯和过渡金属金属甲烷化物材料（TMDC）之类的系统，独特的电子特性由边缘，表面等表现出来。近年来，通过重新构建了材料科学的概念，该阶段是在该概念上的概念，而该杂志的概念是在该概念上，该阶段是在该杂志的概念上，该工具是在该概念上的概念，即在该概念上，该概念是在该概念上，该概念是在该概念上，该概念是在该概念上，该概念是在该概念上的概念（ Bloch电子在晶体中的波函数定义了出现在材料边界（例如边缘，铰链和角落）处的奇特局部状态。波函数在边界和角落等边界的定位是纳米级材料中局部磁性特性和完全导电通道的起源，但是当在“光子晶体”中重新碎裂时，它对应于光定位（限制）和高效率的光传播。这些受拓扑保护的状态为新的电子和光学设备设计提供了来源。这项研究的重点是二维原子膜的电子波函数的拓扑，并开发了设计材料功能的理论。此外，从原子膜材料获得的发现被发展为电磁场系统，该系统易于实现，从而导致光子晶体的设计。我们将促进有关原子膜物理和光子学的跨学科研究，并有助于理论上阐明构成新光学和电子设备基础的基本特性。该研究主题提供了发现和控制新拓扑状态的准则，从二维原子膜物理学到光子系统。此外，它将有助于建立“拓扑功能设计”的基本理论。