モアレ超格子によるスピン・バレー利用型量子素子の開発と物性制御

利用莫尔超晶格的自旋谷开发量子器件并控制物理特性

基本信息

批准号：
21H01400
负责人：
岩崎拓哉
金额：
$ 11.65万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は、スピンおよびバレー自由度を利用する新奇原理で動作する素子の開発を目的とする。これを実現するために、二層グラフェン/六方晶窒化ホウ素（hBN）モアレ超格子を基礎とした、量子ドット複合構造デバイスの設計・作製に取り組んでいる。2022年度は二層グラフェン/hBNモアレ超格子を基礎とするデュアルゲート型デバイスの作製プロセスの最適化および作製したデバイスの低温電子輸送測定を行った。電子輸送測定では、デュアルゲートにより二層グラフェンのキャリア密度と垂直電場を独立に制御し、二層グラフェン/hBNモアレ超格子の電荷中性点におけるエネルギーギャップの制御に成功した。これにより、モアレ超格子とゲート定義型微細構造を組み合わせたデバイスの設計指針を得た。ゲート定義型量子ドットデバイスを作製するためのプロセス最適化を進めている。トップゲート-チャネル（エッジ）間の絶縁膜を作製するために、原子層堆積法によるAl2O3を検討し、作製プロセスを確立した。また、量子ポイントコンタクト、スプリットゲートとプランジャーゲートを組み合わせた多重量子ドット構造デバイスを試作した。二層グラフェン/hBNモアレ超格子デバイスにおいて、垂直磁場、電場を調整することで、量子ホール絶縁状態の相転移を観測することにも成功した。今回は電荷中性点を中心に輸送特性を調べたが、サテライト点やvan Hove特異点周辺のエネルギー領域の垂直磁場、電場、温度依存性等の輸送特性評価も進めている。

该研究项目的目的是开发一种基于利用自旋和谷自由度的新颖原理运行的设备。为了实现这一目标，我们正在致力于设计和制造基于双层石墨烯/六方氮化硼（hBN）莫尔超晶格的量子点复合结构器件。 2022财年，我们优化了基于双层石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格的双栅极器件的制造工艺，并测量了所制造器件的低温电子输运。在电子传输测量中，我们利用双栅极独立控制了双层石墨烯的载流子密度和垂直电场，并成功控制了双层石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格电荷中性点的能隙。因此，我们获得了结合莫尔超晶格和栅极定义的微结构的器件的设计指南。我们正在进行工艺优化，以制造门定义的量子点器件。为了制造顶栅和沟道（边缘）之间的绝缘膜，我们研究了使用原子层沉积的Al2O3并建立了制造工艺。我们还原型设计了一种结合了量子点接触、分裂门和柱塞门的多量子点结构器件。在双层石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格器件中，我们还通过调节垂直磁场和电场，成功地观察到了量子空穴绝缘态的相变。这次，我们主要研究了电荷中性点的输运特性，但我们也在评估卫星点和范霍夫奇点周围的能量区域中垂直磁场、电场、温度依赖性等的输运特性。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dual-gated hBN/bilayer-graphene superlattices and the transitions between the insulating phases at the charge neutrality point

双栅六方氮化硼/双层石墨烯超晶格和电荷中性点绝缘相之间的转变

DOI：
10.1103/physrevb.106.165134
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.7
作者：
Iwasaki Takuya;Morita Yoshifumi;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi
通讯作者：
Taniguchi Takashi

二層-二層グラフェン/hBN超格子素子のキャリア輸送特性

双层-双层石墨烯/六方氮化硼超晶格器件的载流子传输特性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
岩崎拓哉; 守田佳史; 中払周; 若山裕; 渡辺英一郎; 津谷大樹; 渡邊賢司; 谷口尚; 森山悟士
通讯作者：
森山悟士

Quantum transport in graphene/hexagonal boron nitride moire superlattices

石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格中的量子传输

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuya Iwasaki
通讯作者：
Takuya Iwasaki

hBN/グラフェンモアレ超格子の量子輸送

六方氮化硼/石墨烯云纹超晶格中的量子传输

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
岩崎拓哉
通讯作者：
岩崎拓哉

Transport Properties in Folded Bilayer-Bilayer Graphene/Hexagonal Boron Nitride Superlattices under High Magnetic Fields

高磁场下折叠双层-双层石墨烯/六方氮化硼超晶格的输运特性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuya Iwasaki; Motoi Kimata; Yoshifumi Morita; Shu Nakaharai; Yutaka Wakayama; Eiichiro Watanabe; Daiju Tsuya; Kenji Watanabe; Takashi Taniguchi; Satoshi Moriyama
通讯作者：
Satoshi Moriyama