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。

使用多层WSe2作为量子阱层的范德华(vdW)异质结构实现了双量子阱器件。当在典型的双量子阱结构中的量子阱之间施加电压时，当载流子在守恒能量和波矢量的同时进行隧道时，会发生共振隧道效应，导致电流-电压特性出现峰值。本研究中的vdW双量子阱中也可以观察到伴随负微分电阻的电流峰值，并且获得的峰谷电流比（PVR）远高于其他vdW结构的谐振隧道器件。上述结果可以说预示着利用多层WSe2的VDW量子阱器件应用前景。另外，在使用vdW异质结构的双量子阱器件中，构成器件的各层的晶体取向的角度偏移（扭转角）可以被视为新的器件设计参数。因此，在本研究中，我们制作了将两个多层WSe2量子阱之间的扭转角控制为不同值的器件，并比较了电流-电压特性。然后，产生谐振隧道峰的施加电压值根据扭转角系统地变化。这里，扭转角对应于波数空间中围绕Γ点的旋转角，因此通过与扭转角对应的旋转操作来控制谐振隧道的目的地处的波数。换句话说，表明所获得的谐振隧道的扭转角依赖性反映了多层WSe2能带沿旋转方向的色散。因此，当我们将密度泛函理论计算出的能带色散值与实验值进行比较时，发现两者吻合得很好。如上所述，在这项研究中，我们通过在具有受控扭转角的VdW双量子阱中的共振隧道效应，成功地通过实验阐明了量子阱层中材料的能带色散，结果表明可以利用重量子阱。 。

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