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東大と理研と阪大、固体中で光の情報を制御する現象を発見

発表日:2017年10月3日

固体中で光の情報を制御する新現象を発見

―光デバイスの多機能化に期待―

1.発表者:

恩河 大 (東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻 博士課程1年)

張 奕勁(ちょう えきけい)(大阪大学産業科学研究所研究員/マックス・プランク固体物理研究所研究員)

井手上敏也 (東京大学大学院 工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター・物理工学専攻 助教)

岩佐 義宏 (東京大学大学院 工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター・

物理工学専攻 教授/理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー)

2.発表のポイント:

◆光と物質を媒介する励起子(れいきし)(注 1)と呼ばれる粒子のホール効果(注 2)を初めて観測した。

◆この新現象により、励起子を用いて光の偏光(注 3)情報を固体中で伝達・分離することが可能であることが示された。

◆偏光情報を用いた光デバイスの多機能化や、今回の新現象を記述する学理の構築に向けた起爆剤になると期待される。

3.発表概要:

東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センターの岩佐義宏 教授(理化学研究所創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー兼任)、同研究科附属量子相エレクトロニクス研究センターの井手上敏也 助教、同研究科物理工学専攻の恩河大 大学院生らの研究グループは、大阪大学産業科学研究所の張奕勁 研究員と共同で、新たな二次元物質(注 4)として注目される二硫化モリブデン(MoS2)の単層を用いて、入射光の偏光情報を保った励起子(れいきし)を伝達し、選択的に空間分離することが可能な新現象(励起子ホール効果)を発見した。

フォトダイオードや LED を構成する半導体の受光・発光において、励起子といわれる複合粒子が主要な役割を果たす。励起子は素子の電気特性と光を結びつける概念として 20 世紀半ばから研究が続いてきたが、その光のエネルギー・情報を受け取った励起子そのものを伝達・制御し、光エレクトロニクスにつなげようとする研究は極めて少なかった。一方で、固体中の様々な粒子の軌道を曲げて制御するホール効果と呼ばれる現象は広く研究されてきたが、励起子については全く報告がなかった。

今回は単層二硫化モリブデン内の励起子が光の偏光情報と結合することに着目し、その特異な励起子が磁場を加えなくてもホール効果を示すことを発見した。これは光の偏光情報を固体中で励起子として選択的に輸送できることを示しており、励起子を直接的に用いた新たな光エレクトロニクスなどの基礎となりうる結果である。

本研究成果は、英国科学雑誌『Nature Materials』のオンライン版(平成29年10月2日版)に掲載される。

本研究は日本学術振興会科学研究費補助金 特別推進研究(No. 25000003)、挑戦的研究(萌芽)(No. 17K18748)、研究活動スタート支援(No. 15H06133)の支援を受けて行われ

た。

※リリース詳細は添付の関連資料を参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

リリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0458824_01.pdf

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