バレースピン制御とデバイス応用：バレートロニクスに向けた課題と挑戦

Valley 自旋控制和器件应用： Valleytronics 的问题和挑战

• 批准号: 22K18986
• 负责人: 松田 一成
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18986/
• 关键词: 原子層半導体; バレートロニクス; バレースピン分極; 励起子

本研究では、バレートロニクスに向けて打破が必要な技術的な困難を克服する方策として、異なる単層MX2（M=Mo, W, X=S, Se)をファンデルワールス力で積層したヘテロ構造(MoSe2/WSe2, WS2/WSe2)での特異なバレースピン分極状態を利用する事を着想し研究を進めた。これまでの研究から、バレースピン励起子（電子-ホール対）の電子-ホール（クーロン）交換相互作用が、分極緩和を引き起こす事がわかっており、その知見を利活用する。特に、電子とホールが空間的に分離し弱束縛した、ヘテロ構造（MoSe2/WSe2）での層間バレースピン励起子（荷電励起子）がこのような目的には最適ではないかと考えた。具体的な実験項目と成果は以下の通りである。1）乾式転写法を用いた高品質ヘテロ構造（MoSe2/WSe2など）をベースに、新たにフォトリソグラフィなどを併用し、グラフェン電極を施した電界効果トランジスタデバイスを作製できた。これにより、ゲート電圧によるキャリア濃度変調で、層間バレースピン励起子と荷電励起子の両方を観測できた。2）このデバイスにおいて、円偏光励起によるバレースピン分極の選択生成と光検出を、簡便にかつ高精度に行うための実験セットアップを新たに構築した。これを用いて、ヘテロ構造（MoSe2/WSe2など）での円偏光分解の発光測定を行い、バレースピン分極に起因する円偏光発光を観測することに成功した。また、計画に先行してバレースピン分極のダイナミクスの実験を進めた。

This study aims to explore ways to overcome the difficulties in solving the necessary technical problems and to explore ways to utilize the special polarization state of the multi-layer structure (MoSe2/WSe2, WS2/WSe2) in order to overcome the difficulties in solving the multi-layer structure (M=Mo, W, X=S, Se). This study focuses on electron-electron exchange interactions, polarization relaxation, and the use of knowledge. Special, electronic and spatial separation, weak binding, structure (MoSe2/WSe2), interlayer excitation (charged excitation), and optimal purpose The specific results of the project are as follows: 1) Dry writing method is used in high quality structure (MoSe2/WSe2), and the new technology is used in combination with the new technology. For example, if the voltage is low, the voltage is low. 2) The polarization excitation, polarization generation, polarization, polarization generation, polarization generation, polarization, polarization generation, polarization, polarization This paper describes the successful measurement of polarized light emission due to the use of MoSe2/WSe2 structure. The first step in planning is to improve the performance of the system.

项目成果

Anisotropic exciton drift-diffusion in a monolayer WS2xSe(2-2x) alloy with a gradually changing composition

成分逐渐变化的单层 WS2xSe(2-2x) 合金中的各向异性激子漂移扩散

• DOI: 10.35848/1882-0786/acae1a
• 发表时间: 2023
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Shimasaki Masafumi;Nishihara Taishi;Wada Naoki;Liu Zheng;Matsuda Kazunari;Miyata Yasumitsu;Miyauchi Yuhei
• 通讯作者: Miyauchi Yuhei

Optical science and application of moire excitonic systems in two-dimensional hetero-structures

莫尔激子系统在二维异质结构中的光学科学与应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Mihoko AKIYAMA;Takafumi UEMURA;Teppei ARAKI;Shusuke YOSHIMOTO;Naoko NAMBA;Yuko KASAI;Toshikazu NEZU;and Tsuyoshi SEKITANI;K. Matsuda
• 通讯作者: K. Matsuda

Continuous Color‐Tunable Light‐Emitting Devices Based on Compositionally Graded Monolayer Transition Metal Dichalcogenide Alloys

基于成分梯度单层过渡金属二硫属化物合金的连续颜色可调发光器件

• DOI: 10.1002/adma.202203250
• 发表时间: 2022
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: Pu Jiang;Ou Hao;Yamada Tomoyuki;Wada Naoki;Naito Hibiki;Ogura Hiroto;Endo Takahiko;Liu Zheng;Irisawa Toshifumi;Yanagi Kazuhiro;Nakanishi Yusuke;Gao Yanlin;Maruyama Mina;Okada Susumu;Shinokita Keisuke;Matsuda Kazunari;Miyata Yasumitsu;Takenobu Taishi
• 通讯作者: Takenobu Taishi

Novel optical science and its application in monolayer transition metal dichalcogenide and its heterostructure

新型光学科学及其在单层过渡金属二硫属化物及其异质结构中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Shohya MATSUDA;Teppei ARAKI;Kazuki KIRIYAMA;Mihoko AKIYAMA;Takafumi UEMURA;Naoko KURIHIRA;Yumi HIROSE;and Tsuyoshi SEKITANI;K. Matsuda
• 通讯作者: K. Matsuda

Optical Science in Two-dimensional Material and its Hetero-structures

二维材料及其异质结构光学科学

• 发表时间: 2023
• 作者: Takemoto Ashuya;Araki Teppei;Nishimura Kazuya;Akiyama Mihoko;Uemura Takafumi;Kiriyama Kazuki;Koot Johan M.;Kasai Yuko;Kurihira Naoko;Osaki Shuto;Wakida Shin‐ichi;den Toonder Jaap M.J.;Sekitani Tsuyoshi;吉永崇仁，橋本和磨，寺西信一，小野篤史;K. Matsuda
• 通讯作者: K. Matsuda