歪みによる原子層モアレ構造の制御とモアレ光機能デバイスの創製

本研究の目標は、原子層ヘテロ構造に生じるモアレパターンを新たなデバイス機能発現の自由度とみなし、モアレ構造を外場操作(回転角と歪み)により連続制御する技術を構築することで、新しい発光・受光機能を有するデバイス(オプト・ツイストロニクス)の実現を目指す。具体的には、柔軟な基板上に遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)による回転積層ヘテロ構造を作製し、機械的変形を行うことで任意のモアレパターン制御を行う。これにより、モアレポテンシャルに閉じ込められた励起子の次元性を連続的に変調可能となり、モアレ励起子の量子状態及び偏光自由度を機能化した発光・受光デバイスの作製を目的とする。この目的に対し本年度は、(1)歪みを用いた原子層ヘテロ構造作製技術の構築と、(2)歪み効果を導入したモアレパターンの制御・観測技術の構築を行った。以下、項目ごとに示す。(1)歪みを用いた原子層ヘテロ構造作製技術原子層ヘテロ構造を柔軟な基板上に作製し、基板を変形することで積層構造に歪み効果の導入を行った。歪み効果は顕微分光測定(PL、ラマン、第二次高調波)により評価した。その結果、ヘテロ構造において歪みを印加すると、層間において歪み分布が代わる結果が得られた。加えて、歪みによる層間励起子の変調を示唆する結果も観測した。(2)歪み効果を導入したモアレパターンの制御・観測技術上述の歪み導入したヘテロ構造において、ピエゾAFMによるモアレパターンの直接観測をを行った。その結果、歪み任意に変調することでモアレパターンの連続的な制御に成功し、特殊な対称性や次元性を有するモアレ超格子の作製を可能にした。本年度確立した構造制御及び観測評価手法を基に、今後モアレパターン制御による新たな量子機能光デバイスの実現を目指す。

本研究の目標は、原子層ヘテロ構造に生じるモアレパターンを新たなデバイス機能発現の自由度とみなし、モアレ構造を外場操作(回転角と歪み)により連続制御する技術を構築することで、新しい発光・受光機能を有するデバイス(オプト・ツイストロニクス)の実現を目指す。具体的には、柔軟な基板上に遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)による回転積層ヘテロ構造を作製し、機械的変形を行うことで任意のモアレパターン制御を行う。これにより、モアレポテンシャルに閉じ込められた励起子の次元性を連続的に変調可能となり、モアレ励起子の量子状態及び偏光自由度を機能化した発光・受光デバイスの作製を目的とする。この目的に対し本年度は、(1)歪みを用いた原子層ヘテロ構造作製技術の構築と、(2)歪み効果を導入したモアレパターンの制御・観測技術の構築を行った。以下、項目ごとに示す。(1)歪みを用いた原子層ヘテロ構造作製技術原子層ヘテロ構造を柔軟な基板上に作製し、基板を変形することで積層構造に歪み効果の導入を行った。歪み効果は顕微分光測定(PL、ラマン、第二次高調波)により評価した。その結果、ヘテロ構造において歪みを印加すると、層間において歪み分布が代わる結果が得られた。加えて、歪みによる層間励起子の変調を示唆する結果も観測した。(2)歪み効果を導入したモアレパターンの制御・観測技術上述の歪み導入したヘテロ構造において、ピエゾAFMによるモアレパターンの直接観測をを行った。その結果、歪み任意に変調することでモアレパターンの連続的な制御に成功し、特殊な対称性や次元性を有するモアレ超格子の作製を可能にした。本年度確立した構造制御及び観測評価手法を基に、今後モアレパターン制御による新たな量子機能光デバイスの実現を目指す。