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東大・理研・JST、強誘電体を含む物質に光を照射した際の光電流がトポロジカル電流の性質を持つことを実証

発表日:2020年8月11日

量子位相が駆動する散乱に強い光電流

-高性能太陽電池や光検出器の実現に道-

理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター(CEMS)強相関界面研究グループの中村優男上級研究員(科学技術振興機構(JST)さきがけ研究者)、畑田大輝研修生(東京大学大学院生(ともに研究当時))、川崎雅司グループディレクター(東京大学大学院工学系研究科教授)らの共同研究グループ(※)は、強誘電体[1]を含む空間反転対称性[2]の破れた物質に光を照射したときに発生する光電流が、結晶中の格子欠陥や格子振動による散乱を受けにくい「トポロジカル電流[3]」としての性質を持つことを実証しました。

本研究成果は、エネルギー散逸の少ない光電流の発生機構を利用する、高効率の太陽電池や高感度の光検出器の開拓に貢献すると期待できます。

今回、共同研究グループは、強誘電性と半導体特性を併せ持つ硫化ヨウ化アンチモン(SbSI)において、結晶中の格子欠陥と光電流の関係を調べました。その結果、試料に電場を加えて発生する通常の電流は欠陥密度の大きさに強く依存するのに対し、光を照射してゼロ電場で発生する電流は欠陥密度の違いの影響をほとんど受けないことを明らかにしました。この欠陥に対する高い耐性は、発生している光電流が量子位相[4]に駆動されるトポロジカル電流であることを示しています。

本研究は、科学雑誌『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)』オンライン版(8月10日付:日本時間8月11日)に掲載されます。

*図は添付の関連資料を参照

※共同研究グループ

 理化学研究所 創発物性科学研究センター

  強相関界面研究グループ

   上級研究員 中村 優男(なかむら まさお)(JST さきがけ研究者)

   研修生(研究当時)畑田 大輝(はただ ひろき)(東京大学大学院生(研究当時))

   グループディレクター 川崎 雅司(かわさき まさし)(東京大学 大学院工学系研究科 教授)

  創発光物性研究チーム

   研究員 五月女 真人(そうとめ まさと)

   チームリーダー 小川 直毅(おがわ なおき)(JST さきがけ研究者/東京大学 大学院工学系研究科 教授(委嘱))

  強相関物性研究グループ

   上級技師 金子 良夫(かねこ よしお)

   グループディレクター 十倉 好紀(とくら よしのり)(東京大学卓越教授/東京大学 国際高等研究所 東京カレッジ)

 東京大学 大学院工学系研究科

  物理工学専攻

   准教授 森本 高裕(もりもと たかひろ)(JST さきがけ研究者)

■研究支援

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業個人型研究(さきがけ)「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出(研究総括:谷口 研二、副研究総括:秋永 広幸)」の研究課題「バルク光起電力効果による光電変換プロセスの機構解明と高効率化に向けた新材料開拓(研究者:中村 優男)」(No.JPMJPR16R5)による支援を受けて行われました。

*以下は添付リリースを参照

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。

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0538729_01.jpg

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0538729_02.pdf

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