Research

本年度の岩佐研究室における、学部4年生卒業研究のテーマはこちらです。
岩佐研究室では「低次元系のデバイス物性物理」と「イオントロニクス」という2つの大きなテーマの下で研究しています。

低次元系のデバイス物性物理

2次元物質/ヘテロ構造

2004年のグラフェンの発見以降、特に2010年代に入ってからは世界中でMoS2を初めとする遷移金属ダイカルコゲナイドや黒リンなどといった3次元の層状物質でありながらスコッチテープで容易に数ナノメートルあるいは1ナノメートル以下の2次元の原子層にできる2次元物質の研究が盛んに行われています。こうした2次元物質は、低次元化によって3次元では予想できないような多彩な物性や機能を示します。本研究室では、こうした2次元物質の探索の拡張を行うだけでなく、イオン液体との界面やVan der Waalsヘテロ構造を作製し、物性や機能を探求しています。

Y. J. Zhang et al., Nano letter 12, 1136 (2012)
Y. J. Zhang et al., Nano letter 13, 3023 (2013)
Y. Saito et al., ACS Nano 9, 3192 (2015)

バレー物性

現代社会を支えるエレクトロニクスは、電荷の有無をスイッチのON/OFFに見立てて様々なものを制御しています。そこに対して更に、量子力学的自由度である”バレー”を付け加える試みとして、”バレートロニクス”が提唱されています。特に2次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドでは等価な複数の伝導帯の底(バレー)が幾何学的に区別可能である時発現するバレー自由度は、スピン軌道相互作用を介してスピン自由度とカップルするために、新奇な現象やデバイスの実現が期待されています。

R. Suzuki, M. Sakano et al., Nature Nanotechnology 9, 611 (2014)
D. Xiao et al., Phys. Rev. Lett. 108, 1926802 (2012)
Y. J. Zhang et al., Science 344, 725 (2014)
M. Onga et al., Appl. Phy. Lett.  108, 073107 (2016)

非相反輸送現象

グラフェンや遷移金属カルコゲナイドといった原子層からなる2次元物質では、量子ホール効果や超伝導等、特異な量子相が発現することが知られており、試料の端や界面、結晶構造の空間反転対称性の破れに起因したエキゾチックな量子輸送現象の舞台として大きな注目を集めている。本研究室では、非相反輸送現象に着目し、バルクで反転対称性が破れた物質や超伝導、量子ホール状態や空間反転対称性の破れた層状カルコゲナイドにおける超伝導状態において非相反伝導観測を行い、反転対称性の破れた系での非線形伝導現象の解明を行っています。

F. Qin et al., Nature Communications 8, 14465 (2017)
T. Ideue et al., Nature Physics AOP (2017)
イオントロニクス

電界誘起超伝導

イオン液体を用いたトランジスタ(電気二重層トランジスタ)による電界効果によって半導体表面で発現する電界誘起超伝導は、強電界による空間反転対称性の破れや2次元超伝導などが実現しており、それらに起因するFFLO状態やスピントリプレット・シングレット混合状態、カイラル超伝導など稀有な超伝導状態が期待されています。私たちはトンネルスペクトロスコピーやパルス磁場を用いた上部臨界磁場の測定、希釈冷凍機での実験などを通じて、超伝導の対称性や磁束状態、ギャップ相図などの電界誘起超伝導の物性を詳細に調べることで、反転対称性の破れた超伝導や2次元超伝導の統一的理解と制御を目指しています。

J. T. Ye et al., Science 338, 1193 (2012)
W. Shi et al., Scientific Reports 5, 12534 (2015)
Y. Saito et al., Science 350, 409 (2015)
Y. Saito et al., Nature Physics 12, 114 (2016)

量子相制御

電子相関が強い金属物質は、金属状態から超伝導状態になって電気抵抗が消失したり、あるいは突然磁性が発現したりと、劇的な物性の変化を示します。凝縮系物理の長い歴史の中で、こうした電子相転移を元素置換や圧力印加などあらゆる手段を用いて制御することによって様々な量子相が見出されてきました。私たちは2次元物質をはじめとする超薄膜、およびそれらを積層させたヘテロ構造において相転移制御を幅広く実現し、新たな電子物性の開拓を目指します。

M. Nakano et al., Nature 487, 459 (2012)
M. Yoshida et al., Scientific Reports 4, 7302 (2014)
M. Yoshida et al., Science Advances 1, e1500606 (2015)

熱電制御

物質の熱電特性を上昇させる1つの方法として、低次元化によってフェルミ面近傍の状態密度が増加させることがあげられます。本研究室では、イオンゲート法を用いることにより酸化物や遷移金属ダイカルコゲナイド、黒リンなどの様々な物質の界面でのキャリア密度を広範囲で制御し、熱電制御を行っています。

S. Shimizu et al., Phys. Rev. B 92, 16 (2015)
S. Shimizu et al., PNAS 113, 6438 (2016)
M. Yoshida et al., Nano Letters 16, 2061 (2016)
Y. Saito et al., Nano Letters 16, 4819 (2016)