ＶＩ族遷移金属ダイカルコゲナイドヘテロ積層構造の成長とバレーダイナミクス観測

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昨年度より、六方晶窒化ホウ素保護された硫化タングステン(IV)/硫化モリブデン(IV)原子層ヘテロ積層構造に注目し、その作成及び層間励起子発光とその由来についての研究を行ってきた。常温においてこのヘテロ積層構造に対し発光分光を行うと、既報(六方晶窒化ホウ素保護がないヘテロ積層構造)では単一ピークであった層間励起子発光が、本研究において作成した六方晶窒化ホウ素保護された試料では3つの成分を持って現れた。このヘテロ積層構造はマルチバレー系であり、複数のバレーが光学遷移に寄与する。そのため、層間励起子もそれに従って複数の由来を持ち、それぞれ異なるバレー特性を持つことが予想される。このため、層間励起子の由来同定はそのバレー特性の理解やダイナミクス観測、そして多重励起子探索等をはじめとするヘテロ積層構造の基礎物性の探索に重要であると考え、その由来を探った。原子層ヘテロ積層構造の試料は、昨年度開発した化学気相成長法と乾式転写法を組み合わせた手法で作成した。層間励起子の由来を探るべく、常温ないし極低温において発光寿命測定、励起波長依存性測定をはじめとする各種分光測定を行うと同時に、第一原理計算によるバンド構造や誘電関数、結合状態密度等の導出と実験結果との比較を行った。結果、これらの由来は一つの直接遷移と二つの間接遷移の層間励起子であるとの同定に成功した。この層間励起子の由来を探ることができたのは、六方晶窒化ホウ素保護によって基板等の環境による品質低下とそれに伴う発光ピークのブロードニングが抑えられ、個別ピークの物性測定が可能になったためと考えている。この結果は、ACS Nano誌に掲載された。