遷移金属ダイカルコゲナイドを用いた遠赤外発光素子の実現

利用过渡金属二硫属化物实现远红外发光器件

• 批准号: 22KJ1104
• 负责人: 木下 圭
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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-22KJ1104/
• 关键词: 遷移金属ダイカルコゲナイド; 量子井戸; 共鳴トンネル; サブバンド; ツイスト; ファンデルワールスヘテロ構造

複数層WSe2を量子井戸層として用い、ファンデルワールス（vdW）ヘテロ構造で二重量子井戸デバイスを実現した。一般的な二重量子井戸構造において量子井戸間に電圧を印加すると、キャリアがエネルギーと波数ベクトルを保存してトンネルする際に共鳴トンネル効果が起き、電流-電圧特性にピークが生じる。本研究のvdW二重量子井戸においても負性微分抵抗を伴う電流ピークが観測でき、得られたピーク対バレー電流比（PVR）は他のvdW構造による共鳴トンネルデバイスのPVRを大きく上回る値だった。以上は、複数層WSe2を用いたvdW量子井戸のデバイス応用化の展望を示す成果と言える。また、vdWヘテロ構造による二重量子井戸デバイスでは、新たなデバイス設計パラメータとして、デバイスを構成する各層の結晶方位の角度ずれ（ツイスト角度）を考えることができる。そこで本研究では、2つの複数層WSe2量子井戸間のツイスト角度を様々な値に制御したデバイスを作製し、電流-電圧特性を比較した。すると、共鳴トンネルピークを生じさせる印加電圧の値は、ツイスト角度に依存して系統的に変化していた。ここでツイスト角度は、波数空間ではΓ点を中心とした回転角度に相当するため、共鳴トンネルの行先の波数がツイスト角度分の回転操作によって制御される。つまり、得られた共鳴トンネルのツイスト角度依存性は、複数層WSe2のエネルギーバンドの、回転方向に沿った分散を反映していることが示唆される。そこで、密度汎関数法を用いたバンド分散の計算値と実験値を比較してみると、両者はよく整合していることが分かった。以上のように本研究では、ツイスト角度を制御したvdW二重量子井戸における共鳴トンネルによって、量子井戸層の物質のバンド分散を実験的に明らかにすることに成功し、物性探索の場としてvdW二重量子井戸を活用できることを示した。

Multiple layers of WSe2 quantum well layers are used to construct double quantum wells. In general double quantum well structures, the voltage between quantum wells is increased, the resonance occurs, and the current-voltage characteristic occurs when the wave number is preserved. In this study, the negative differential resistance of the vdW double quantum well is measured by the current ratio (PVR), which is higher than that of the vdW structure. The above results show that the application of multi-layer WSe2 in vdW quantum wells is promising. The angle of crystal orientation of each layer in the double quantum well structure is studied. In this study, we compare the current and voltage characteristics of multi-layer WSe2 quantum wells. The resonance occurs when the electric voltage is measured and the angle of the resonance depends on the system. The angle of resonance, the number of waves in the space, the angle of return of the center point, the number of waves in the resonance, and the angle of return of the center point are controlled. The angle dependence of the resonance, the angle dependence, the angle dependence. For example, the density function method is used to calculate the value of the dispersion. In this study, we have successfully explored the field of quantum well properties by controlling the angle of quantum well and the resonance of quantum well layer.

项目成果

4層WSe2のサブバンド間共鳴トンネルにおけるツイスト角度依存性

4 层 WSe2 子带间谐振隧道中的扭转角依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 鈴木剛;久保田雄也;三石夏樹;赤塚俊輔;古賀淳平;坂野昌人;増渕覚;田中良和;大隅寛幸;玉作賢治;矢橋牧名;高橋英史;石渡晋太郎;町田友樹;松田巌;石坂香子;岡﨑浩三;山本航平;Yuta Seo,Yuki Tsuji,Kei Kinoshita,Momoko Onodera,Satoru Masubuchi,Rai Moriya,Yijin Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida;安部弘隆;山本航平;Masato Sakano,Satoru Masubuchi,Yuma Tanaka,Shota Okazaki,Takuya Nomoto,Atsushi Oshima,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Ryotaro Arita,Takao Sasagawa,Tomoki Machida,Kyoko Ishizaka;Shunsuke Akatsuka,Masato Sakano,Takato Yamamoto,Takuya Nomoto,Ryotaro Arita,Ryoga Murata,Takao Sasagawa,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Miho Kitamura,Koji Horiba,Katsuaki Sugawara,Seigo Souma,Takafumi Sato,Hiroshi Kumigashira,Keisuke Shinokita,Kazunari M;和達大樹;若藤 祐斉,増渕 覚,神谷 啓介,小野寺 桃子,張 奕勁,守谷 頼,町田 友樹;山本航平;張 奕勁,谷口 黎,増渕 覚,守谷 頼,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹;和達大樹;木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
• 通讯作者: 木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹

Resonant tunneling between quantized subbands of few-layer WSe2 in van der Waals double quantum well structures

范德华双量子阱结构中少层WSe2量子化子带之间的共振隧道效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Kinoshita Kei;Moriya Rai;Okazaki Shota;Zhang Yijin;Masubuchi Satoru;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi;Sasagawa Takao;Machida Tomoki
• 通讯作者: Machida Tomoki

共鳴トンネル効果を用いたツイスト2層WSe2の価電子帯Γ点バンドの検出

利用共振隧道效应检测扭曲两层 WSe2 中的价带 Γ 点带

• 发表时间: 2023
• 作者: 山神光平;Yujun Zhang;山本航平;上田大貴;Urs Staub;Sang Han Park;Soonnam Kwon;三村功次郎;光田暁弘;和田裕文;和達大樹;木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹
• 通讯作者: 木下 圭,守谷 頼,岡崎 尚太,張 奕勁,増渕 覚,渡邊 賢司,谷口 尚,笹川 崇男,町田 友樹