宮内雄平 エネルギー理工学研究所准教授、松田一成 同教授、小鍋哲 東京理科大学講師（現?法政大学准教授）らの研究グループは、将来の光電子デバイス材料として期待される2次元原子層半導体材料の「単層遷移金属ダイカルコゲナイド」において、「バレー」と呼ばれる電子の波の状態の情報が失われるメカニズムを明らかにしました。
本研究成果は、2018年7月3日に英国の科学誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
オプトバレートロニクスは、ナノサイエンス?ナノテクノロジーの近年の急速な発展を背景に、「バレー」という未だ利用されたことがない电子の自由度を使うことで、现在のデバイスでは原理的に达成不可能なレベルの省エネルギー化、情报処理の高速化を目指す、新しいオプトエレクトロニクスの概念です。现时点では、材料についても、バレー自由度の制御方法についてもわからないことが多く、世界中の研究者が、それが本当にできるかどうか、の原理検証を进めている段阶です。
本研究成果は、たくさんある「わからないこと」の中でも重要な、バレー情报が失われるメカニズム、の理解を１歩前に进めるものです。このような、技术の土台となる科学的知见を一つ一つ着実に积み上げていくことで、オプトバレートロニクスという新概念が画期的な応用技术の実现に本当につながりうるかどうかが、徐々に浮かび上がってくると考えています。
概要
电子の「バレー」の情报をデジタル情报処理の0と１に対応させて利用する概念を「オプトバレートロニクス」といい、高速かつ省エネルギーな光电子デバイスを実现できるとして近年世界的に注目されています。オプトバレートロニクスを実现するには、バレーの情报をできるだけ长时间保持できることが必要ですが、実际にはきわめて短时间に情报が失われてしまい、そのメカニズムも不明でした。
本研究グループは、二セレン化タングステンと呼ばれる代表的な迁移金属ダイカルコゲナイドの単层膜をモデルケースとして、実験と理论の両面から、バレーの情报が失われるメカニズムを明らかにしました。さらに、このメカニズムに基づいて半导体材料に工夫を施すことで、バレー状态をより长く保つことができることを见出しました。
本研究成果は、2次元原子层半导体の光物性の谜が明らかになったという基础科学的な意义に加えて、オプトバレートロニクスの実现に向けて材料设计に工学的な指针を与えるものであり、将来の高速?省エネルギー光情报デバイスの実现にもつながると期待されます。
図：単层迁移金属ダイカルコゲナイド上の励起子（正电荷（+）と负电荷(-)が互いに引き付け合いながら运动する状态）の模式図。
详しい研究内容について
书誌情报
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Yuhei Miyauchi, Satoru Konabe, Feijiu Wang, Wenjin Zhang, Alexander Hwang, Yusuke Hasegawa, Lizhong Zhou, Shinichiro Mouri, Minglin Toh, Goki Eda, Kazunari Matsuda (2018). Evidence for line width and carrier screening effects on excitonic valley relaxation in 2D semiconductors. Nature Communications, 9, 2598.
