グラフェンモアレ超格子構造における量子伝導現象の観測と量子デバイス応用

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本年度は昨年度に引き続き、これまで取り組んできた２層グラフェンの量子ポイントコンタクト（QPC）の研究をまとめ，論文として出版することに取り組んだ。American Institute of PhysicsのApplied Physics Letters誌に掲載が決定し，Editor’s Pickに選ばれた。加えて昨年度末から始めてきた遷移金属ダイカルコゲナイド（TMCD）の一種であるWSe2におけるQPCの動作特性を評価するため，3層WSe2を用いたQPC素子の作製を行った。WSe2のバンド構造を考慮してp型での動作を目指し， Nbドープ多層p+-MoS2をコンタクト材料に用いることでホール注入障壁を下げ，更には六方晶窒化ホウ素（h-BN）によるカプセル化をすることで量子化伝導度の観測に必要な高移動度化を図るなど，様々な工夫を取り入れて試料の作製に取り組んだ。その結果，極低温でe^2/hを単位とした伝導度の量子化現象を観測し，またバイアス特性ではゼロ磁場におけるスピン分裂を示唆するプラトーを観測するに至り、これらの結果を国際学会及びNano Lettersにて発表を行った。さらに、WSe2における量子閉じ込め構造へ超伝導電流の導入を行うために、酸化しやすい二次元超伝導物質を電極として用いる新奇構造の作製にも取り組んだ。二次元超伝導物質は基本的に大気中にて酸化しやすい為、高品質な電極として使用するためにはグローブボックスが必須であり、グローブボックスの立ち上げ、グローブボックス中二次元物質ハンドリングシステム、及びファンデルワールスヘテロ構造作製手法の確立を行った。作製した試料は残念ながら、動作しなかったが、超伝導物質を用いた量子デバイスの作製方法に関して重要な知見を得ることができた。