モアレ超格子によるスピン・バレー利用型量子素子の開発と物性制御

利用莫尔超晶格的自旋谷开发量子器件并控制物理特性

• 批准号: 21H01400
• 负责人: 岩崎 拓哉
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01400/
• 关键词: グラフェン; 六方晶窒化ホウ素; モアレ超格子; 量子ドット; 単一電子輸送; 量子ホール効果

本研究課題は、スピンおよびバレー自由度を利用する新奇原理で動作する素子の開発を目的とする。これを実現するために、二層グラフェン/六方晶窒化ホウ素（hBN）モアレ超格子を基礎とした、量子ドット複合構造デバイスの設計・作製に取り組んでいる。2022年度は二層グラフェン/hBNモアレ超格子を基礎とするデュアルゲート型デバイスの作製プロセスの最適化および作製したデバイスの低温電子輸送測定を行った。電子輸送測定では、デュアルゲートにより二層グラフェンのキャリア密度と垂直電場を独立に制御し、二層グラフェン/hBNモアレ超格子の電荷中性点におけるエネルギーギャップの制御に成功した。これにより、モアレ超格子とゲート定義型微細構造を組み合わせたデバイスの設計指針を得た。ゲート定義型量子ドットデバイスを作製するためのプロセス最適化を進めている。トップゲート-チャネル（エッジ）間の絶縁膜を作製するために、原子層堆積法によるAl2O3を検討し、作製プロセスを確立した。また、量子ポイントコンタクト、スプリットゲートとプランジャーゲートを組み合わせた多重量子ドット構造デバイスを試作した。二層グラフェン/hBNモアレ超格子デバイスにおいて、垂直磁場、電場を調整することで、量子ホール絶縁状態の相転移を観測することにも成功した。今回は電荷中性点を中心に輸送特性を調べたが、サテライト点やvan Hove特異点周辺のエネルギー領域の垂直磁場、電場、温度依存性等の輸送特性評価も進めている。

The purpose of this research is to utilize the novel principle of motion element development. The design and manufacture of the two-layer/hexagonal crystal lattice (hBN) is based on the design and manufacture of the quantum composite structure. In 2022, the optimization of the operation of the two-layer lattice and the measurement of the electron transport at low temperature were carried out. The electron transport measurement was carried out in two layers, i.e., the charge neutral point of the two-layer lattice, the charge density of the two-layer lattice, and the vertical electric field. The design guidelines for the definition of fine structures are obtained. The definition of quantum physics is the key to optimization. Al2O3 is a new type of insulating film, which can be produced by atomic layer deposition. The quantum structure is composed of two parts: one part is composed of two parts, the other part is composed of two parts. The phase shift of the two-layer lattice, vertical magnetic field and electric field is successfully measured. In this paper, the transport characteristics of the charge neutral point and the center of the van Hove are evaluated. The vertical magnetic field, electric field and temperature dependence of the transport characteristics in the field are also evaluated.

项目成果

Transport Properties in Folded Bilayer-Bilayer Graphene/Hexagonal Boron Nitride Superlattices under High Magnetic Fields

高磁场下折叠双层-双层石墨烯/六方氮化硼超晶格的输运特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Takuya Iwasaki;Motoi Kimata;Yoshifumi Morita;Shu Nakaharai;Yutaka Wakayama;Eiichiro Watanabe;Daiju Tsuya;Kenji Watanabe;Takashi Taniguchi;Satoshi Moriyama
• 通讯作者: Satoshi Moriyama

hBN/グラフェンモアレ超格子の量子輸送

六方氮化硼/石墨烯云纹超晶格中的量子传输

• 发表时间: 2022
• 作者: M. L. Talara;D. Bulgarevich;C. Tachioka;V. K. Mag-usara;H. Kitahara;M. Nakajima;M. Watanabe;M. Tani;岩崎拓哉
• 通讯作者: 岩崎拓哉

Dual-gated hBN/bilayer-graphene superlattices and the transitions between the insulating phases at the charge neutrality point

• DOI: 10.1103/physrevb.106.165134
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: T. Iwasaki;Y. Morita;Kenji Watanabe;T. Taniguchi

二層-二層グラフェン/hBN超格子素子のキャリア輸送特性

双层-双层石墨烯/六方氮化硼超晶格器件的载流子传输特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩崎拓哉;守田佳史;中払周;若山裕;渡辺英一郎;津谷大樹;渡邊賢司;谷口尚;森山悟士
• 通讯作者: 森山悟士

Tunable energy gap and the transitions between the insulating phases in dual-gated hBN/bilayer graphene superlattices at the charge neutrality point

可调能隙和双栅六方氮化硼/双层石墨烯超晶格中电荷中性点绝缘相之间的转变

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Iwasaki;Yoshifumi Morita;Kenji Watanabe;Takashi Taniguchi
• 通讯作者: Takashi Taniguchi