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

基本信息

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

项目摘要

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。

近年来，人们对使用抗拓扑材料干扰的量子位的量子计算机越来越感兴趣。过渡金属硫属化物（TMDC）作为拓扑材料引起了人们的关注。 TMDC是一种亚纳米级厚度的二维半导体材料，由于其晶体结构导致的独特电子态而表现出半金属、拓扑绝缘体、超导等多种物理性质。 TMDC的拓扑绝缘体相有望在室温下运行，但材料的热力学不稳定性带来了重大挑战，使得定量表达变得困难。在这项研究中，我们基于这样的信念进行研究：通过关注单层和多层TMDC与有机分子之间键合界面的相互作用，我们可以创建具有新设计程度的拓扑绝缘体和超导器件自由。今年，我们将提出一种高浓度掺杂方法，基于作为掺杂剂的氧化还原分子和TMDC I之间发生的表面电荷转移，利用分子的溶剂化和基底的软物质改性来实现超导转变。旨在作为验证方法，我们使用拉曼光谱研究了使用 TMDC 作为沟道的 MOSFET 的电特性以及 TMDC 中电子浓度的增加情况。通过检查条件，我们成功地在 TMDC 表面上以高密度沉积了掺杂剂分子，表明电子浓度比传统处理方法高 2 至 3 倍。我们目前正在创建和改进 MOSFET 器件，以验证低温环境下的传导情况。此外，我们还发现了与氧化还原分子/TMDC结结构引起的不均匀电位形成相关的独特传导行为和磁响应。