有機/無機2次元半導体接合を機軸としたトポロジカル絶縁体/超伝導ヘテロ接合の創出

基于有机/无机二维半导体结的拓扑绝缘体/超导异质结的构建

• 批准号: 22KJ2628
• 负责人: 松山 圭吾
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo (2023)Osaka Metropolitan University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2628/
• 关键词: 原子層物質; 有機無機ハイブリッド; 超伝導; トポロジカル絶縁体; 分子化学

近年、トポロジカル物質による擾乱に強い量子ビットを用いた量子コンピュータへの関心が高まっている。トポロジカル物質として、遷移金属カルコゲナイド(TMDC)が注目されている。TMDCはサブナノスケールの厚みを有する2次元半導体材料であり、結晶構造に起因した特異な電子状態から、半金属、トポロジカル絶縁体、超伝導と多様な物性を示す。TMDCのトポロジカル絶縁体相は室温動作も期待されるが、物質が熱力学的に不安定であるため定量的な発現の困難さが大きな課題として存在する。本研究では、単層および少数層TMDCと有機分子の接合界面での相互作用に着目することで、新たな設計自由度でトポロジカル絶縁体・超伝導デバイスを創出できると考え、研究を進めている。本年度は、ドーパントとなるレドックス分子とTMDC界面で生じる表面電荷移動を基本に、分子の溶媒和や基板へのソフトマター修飾を活用し、超伝導転移を達成しうる高濃度ドーピング法を提案することを目指した。検証方法として、TMDCをチャネルとしたMOSFETの電気特性、およびラマン分光測定により、TMDCの電子濃度の増加について詳細を調べた。条件検討の結果、TMDC表面へドーパント分子を高密度に堆積させることに成功し、従来の処理法よりも2-3倍程度高い電子濃度が示唆された。現在、低温環境下での伝導を検証するために、MOSFETデバイスの作製およびその改良に着手している。加えて、レドックス分子/TMDC接合構造に起因した不均一なポテンシャル形成に伴う、特異な伝導挙動および磁気応答を見出しつつある。

In recent years, quantum physics has become a major source of concern for quantum physics. The migration of metals and substances (TMDC) is a major concern. TMDC is a two-dimensional semiconductor material with high conductivity, crystalline structure, electronic state, semimetal, dielectric, and conductivity. The thermal stability of TMDC and the quantitative development of TMDC are difficult problems. In this study, the interaction between TMDC and organic molecules at the interface between single and minority layers was investigated and the new design freedom was developed. This year, we propose a new method for surface charge transfer at the molecular and TMDC interface, which is based on the use of molecular solvents and substrate modifications, and for the transfer of superconductivity to achieve high concentration. Test method, TMDC generation, MOSFET electrical characteristics, spectroscopy, TMDC electron concentration increase, detailed adjustment As a result of the investigation, the surface of TMDC was successfully deposited with high molecular density, and the treatment method was 2-3 times higher electron concentration. At present, the low temperature environment of the conduction of the demonstration, MOSFET device operation and improvement of the process In addition, the cause of molecular/TMDC junction structure is uneven, and the formation of special conduction and magnetic response is observed.

项目成果

有機溶液処理によるMoS2への高濃度ドーピング法の開拓

有机溶液处理高浓度MoS2掺杂方法的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 松山 圭吾;藤村 紀文，桐谷 乃輔
• 通讯作者: 藤村 紀文，桐谷 乃輔

量子ビットの実現に向けてー分子で魅せる新奇半導体エレクトロニクスの開拓

实现量子位 - 利用分子开发新型半导体电子器件

• 发表时间: 2022
• 作者: 福井 暁人;松山 圭吾;尾上 弘晃;板井 駿;石倉 恵子;池野 豪一;長田 貴弘;土方 優;Jenny Pirillo;竹井 邦晴;吉村 武;藤村 紀文;桐谷 乃輔;松山圭吾，藤村紀文，桐谷乃輔
• 通讯作者: 松山圭吾，藤村紀文，桐谷乃輔

ドナー性分子/2次元半導体ヘテロ構造における低温下での特異な伝導挙動

供体分子/二维半导体异质结构在低温下独特的导电行为

• 发表时间: 2023
• 作者: 松山 圭吾;藤村 紀文;桐谷 乃輔
• 通讯作者: 桐谷 乃輔