2018年度 卒論テーマ

本研究室では、2018年度のテーマとして学部4年生に以下のテーマを提示します。下記の過去の卒論・修論テーマや、研究内容に関してはResearchやPublicationsも参考にして下さい。また、岩佐研究室では、修士・博士課程に進むと、自分の研究成果を国内学会や国際会議で発表するだけでなく、筆頭著者として論文にまとめ、英文学術誌に掲載させることができる機会があります。自分の頭で考え、そして何より実験が大好きな人を岩佐研では歓迎します。

＜テーマ概要＞

近年、グラフェンに代表される2次元物質や量子ドットなどの低次元物質系が、特異な物性・機能発現の場として注目を集めている。ナノテクノロジーの発展や電気化学との融合など、様々な最先端技術を駆使することによって、20世紀には想像もできなかった様々な低次元物質系の実現と物性探索が可能となり、強相関効果、対称性の破れ、スピン軌道相互作用などに起因する新現象の発見が相次いでいる。当研究室では、1ナノメートル以下の原子層薄膜単結晶やそれらを積層させた人工超構造を、グラフェンで有名なスコッチテープ法や超高真空中での薄膜作製技術である分子線エピタキシー法などを用いて作製し、電子線リソグラフィによる微細加工技術と電気化学界面を利用した超高密度キャリヤ制御・超強電場印加技術などと組み合わせることによって、バルク固体では実現できない構造・物性の実現と、新しい機能性の開拓を行っている。

「2次元超伝導体におけるBCS-BECクロスオーバー」

超伝導はクーパー対の凝縮によって発現するが、自由電子からクーパー対凝縮をおこす場合はBardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）機構と呼ばれ、ほとんどすべての超伝導はこの機構で発現する。ところが、先に電子の対形成が起こり、その後、その対がBose-Einstein凝縮（BEC）をおこす場合も考えられる。近年、超伝導をBCS領域からBEC領域へと拡張し、T_Cの上昇や新しい物性を探索する研究が始まっているが、本研究ではその候補物質である層状半導体HfNClのキャリヤ数を電気二重層トランジスタ（EDLT）で精密に制御し、BCS-BECクロスオーバーへのアプローチを行う。

「2次元超伝導体におけるマヨラナフラットバンドの検出」

遷移金属カルコゲナイドの一種であるNbSe₂を原子層レベルにまで薄くすると、超伝導を担うクーパー対のスピンが面直方向にロックされた結果、面内磁場に対して極めて安定な超伝導状態（イジング超伝導）が形成されることが最近明らかになった。本研究では、分子線エピタキシー法で作製したNbSe₂超薄膜をベースに、その特異な超伝導状態の解明に取り組むと共に、パウリ限界を超えた強磁場印加下でのみ出現すると予言されているマヨラナフラットバンドの検出に取り組む。

「2次元磁性体における電気磁気応答」

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、3次元バルク状態とは本質的に異なる特徴的な量子相が発現することが知られている。特に、2次元物質において強磁性秩序を発現する物質が最近発見され、その特異な物性が次々と明らかにされている。本研究では、2次元ファンデアワールス磁性結晶における多彩な磁性と誘電応答の探索を通して、ナノ結晶特有の電気磁気応答の開拓と新現象の発見を目指す。

「量子ドットハニカム超構造における輸送現象」

グラフェンをはじめとする、原子層1枚からなる2次元物質の研究が世界的に盛んに行われているが、構成要素を人工原子（量子ドット）に置き換えた系でも、標準的な六方格子だけでなく、正方格子やグラフェンと同じハチの巣（ハニカム）格子などの様々な2次元超構造を人工的に構築することが可能である。本研究では、このような量子ドットを用いた2次元超構造を作製し、EDLTを用いたキャリヤ数制御を通して、特異な状態密度スペクトルを生かした巨大熱電効果や超伝導など、従来をはるかに凌駕する物性や機能を探索する。

過去の学位論文題目

2017年度

博士論文

• 「Study on Electric-Field-Induced 2D Superconductivity （電界誘起2次元超伝導の研究）」　斎藤 優

修士論文

• 「2D materials van der Waals epitaxy（2次元物質のファンデルワールスエピタキシー）」 王 越
• 「Nonreciprocal charge transport in noncentrosymmetric crystals （空間反転対称性の破れた結晶における非相反電荷輸送現象）」　越川 翔太
• 「薄膜エピタキシー技術を用いた層状超伝導体の物性研究」　松岡 秀樹

卒業論文

• 「単層カルコゲナイドにおける光・バレー物性」　赤松 孝俊
• 「分子線エピタキシー法による強相関遷移金属カルコゲナイド単結晶薄膜の作製」　真島 裕貴

2016年度

博士論文

• 「反転対称性の破れた遷移金属ダイカルコゲナイド2次元物質の光・電子物性」　鈴木 龍二
• 「Electronic phase control in two-dimensional materials （2次元物質における電子相制御）」　吉田 将郎

修士論文

• 「Superconductivity in chiral WS2 nanotube （カイラルWS2ナノチューブにおける超伝導）」　秦 峰
• 「2次元物質における励起子ホール効果」　恩河 大
• 「層状窒化物における超伝導のゲート誘起とトンネル分光」　中川 裕治

卒業論文

• 「電界誘起超伝導における非相反輸送現象」　板橋 勇輝
• 「遷移金属ダイカルコゲナイド単結晶薄膜の輸送特性」　柏原 悠太
• 「PbTeコロイド量子ドット薄膜の電気伝導と熱電物性」　秦 大樹
• 「空間反転対称性の破れた単結晶カルコゲンにおける量子輸送現象」　太向 弘明

2015年度

博士論文

• 「Electrical transport and optical functionality in two-dimensional crystals of transition-metal dichalcogenides （遷移金属カルコゲナイド二次元結晶の電気伝導と光機能）」　張 奕勁

修士論文

• 「準粒子干渉スペクトルを用いたスペクトル関数のベイズ推定」　黒須 崇寛
• 「二次元結晶における準安定電子相の生成と制御」　御供田 崇

卒業論文

• 「三次元層状極性半導体における電荷-スピン輸送特性」　越川 翔太
• 「電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体における電界効果」　松岡 秀樹

2014年度

修士論文

• 「低次元物質における熱電特性の電界制御」　飯塚 貴彦
• 「Superconductivity in Ion-gated Two-dimensional Materials （二次元物質における電界誘起超伝導）」　斎藤 優

卒業論文

• 「二次元結晶を用いたオプトバレートロニクス」　恩河 大
• 「ZrNCl単結晶におけるインターカレーションと超伝導のその場測定」　中川 裕治
• 「カーボンナノチューブにおけるスピン流-電流変換」　羽田 崇人
• 「イオンゲート法による新奇超伝導体の探索」　宮崎 潤

2013年度

修士論文

• 「二次元原子膜における結晶多形を用いたスピン/バレー分極制御」　鈴木 龍二
• 「二次元物質ナノ薄膜の電子相転移」　吉田 将郎

卒業論文

• 「有機-無機伝導性界面制御の研究」　井上 尚子
• 「有機薄膜における純スピン流-電流変換のゲート制御」　濱本 敬大

2012年度

修士論文

• 「立方晶フラーレン化合物における超伝導-絶縁体転移の研究」　竹内 裕紀
• 「Superconductivity and Valleytronics in Nano-Flake Devices （層状ナノ薄膜の超強電場物性と新機能）」　張 奕勁

卒業論文

• 「電解誘起超伝導の高感度非接触検出と磁場侵入長測定」　飯塚 貴彦
• 「Nano Interface Phase Transition Device with Layered Thin Films （層状単結晶薄膜を用いたナノ界面相転移トランジスタ）」　斎藤 優
• 「層状半導体原子膜における円二色性の電界制御」　森 彩花

2011年度

卒業論文

• 「Electric Field Tuned Spin Orbit Interaction and Spin Polarization in Electric-Double-Layer Transistors （電気二重層トランジスタによるスピン軌道相互作用とスピン偏極の制御）」　浅川 寛太
• 「酸化物界面二次元電子のマイクロ波応答」　福本 展大
• 「遷移金属カルコゲナイドにおける電子相の電界制御」　吉田 将郎

2010年度

卒業論文

• 「アルカリドープフラーレンの電子比熱」 竹内 裕紀
• 「Ambipolar Transistor with Ultrathin Layered Transition-metal Dichalcogenide （層状カルコゲナイド単結晶超薄膜を用いた両極性トランジスタ）」　張 奕勁
• 「Bi2Se3 単結晶超薄膜の電気伝導」 松橋 佑介
• 「Electric Field Modulated Rashba Effect in Liquid Gated Transistors （電気二重層トランジスタによるRashba効果の電界制御）」　森本 和浩

学生主著者の論文

アンダーラインは（研究当時）岩佐研究室学生

2018年

• Quantum phase transitions in highly crystalline two-dimensional superconductors
  Y. Saito, T. Nojima, and Y. Iwasa
  Nature Communications, 9, 778 (2018).
  

2017年

• Exciton Hall effect in monolayer MoS₂
  M. Onga, Y. J. Zhang, T. Ideue, and Y. Iwasa
  Nature Materials, 16, 1193-1197 (2017).
  
• Layer-by-layer epitaxial growth of scalable WSe₂ on sapphire by molecular beam epitaxy
  M. Nakano*, Y. Wang*, Y. Kashiwabara, H. Matsuoka, and Y. Iwasa
  (*equal contribution)
  Nano Letters, 17, 5595-5599 (2017).
  
• Extended polymorphism of two-dimensional material
  M. Yoshida, J. T. Ye, Y. J. Zhang, Y. Imai, S. Kimura, A. Fujiwara, T. Nishizaki, N. Kobayashi, M. Nakano, and Y. Iwasa
  Nano Letters, 17, 5567-5571 (2017).
  
• Nonreciprocal charge transport in noncentrosymmetric superconductors
  R. Wakatsuki*, Y. Saito*, S. Hoshino, Y. M. Itahashi, T. Ideue, M. Ezawa, Y. Iwasa, N. Nagaosa
  (*equal contribution)
  Science Advances, 3, e1602390 (2017).
  
• Current switching of electronic structures in two-dimensional 1T-TaS₂ crystals
  M. Yoshida, T. Gokuden, R. Suzuki, M. Nakano & Y. Iwasa
  Physical Review B (Rapid Communication), 95, 121405(R) (2017).
  
• Bulk rectification effect in a polar semiconductor
  T. Ideue*, K. Hamamoto*, S. Koshikawa*, M. Ezawa, S. Shimizu, Y. Kaneko, Y. Tokura, N. Nagaosa & Y. Iwasa
  (*equal contribution)
  Nature Physics, 13, 578-583 (2017).
  
• Superconductivity in a chiral nanotube
  F. Qin*, W. Shi*, T. Ideue, M. Yoshida, A. Zak, R. Tenne, T. Kikitsu, D. Inoue, D. Hashizume & Y. Iwasa
  (*equal contribution)
  Nature Communications, 8, 14465 (2017).
  

2016年

• Gate-tuned thermoelectric power in black phosphorus
  Y. Saito*, T. Iizuka*, T. Koretsune, R. Arita, S. Shimizu and Y. Iwasa
  (*equal contribution)
  Nano Letters, 16, 4819-4824 (2016).
  
• Electrostatic and electrochemical tuning of superconductivity in two-dimensional NbSe₂ crystals
  M. Yoshida, J. T. Ye, T. Nishizaki, N. Kobayashi, Y. Iwasa
  Applied Physics Letters, 108, 202602 (2016).
  
• High circular polarization in electroluminescence from MoSe₂
  M. Onga, Y. J. Zhang, R. Suzuki, Y. Iwasa
  Applied Physics Letters, 108, 073107 (2016).
  
• Gate-optimized thermoelectric power factor in ultrathin WSe₂ single crystals
  M. Yoshida*, T. Iizuka*, Y. Saito, M. Onga, R. Suzuki, Y. J. Zhang, Y. Iwasa, S. Shimizu
  (*equal contribution)
  Nano Letters, 16, 2061-2065 (2016).
  
• Superconductivity protected by spin-valley locking in ion-gated MoS₂
  Y. Saito, Y. Nakamura, M. S. Bahramy, Y. Kohama, J. T. Ye, Y. Kasahara, Y. Nakagawa, M. Onga, M. Tokunaga, T. Nojima, Y. Yanase, Y. Iwasa
  Nature Physics, 12, 144-149 (2016).
  

2015年

• Memristive phase switching in two-dimensional 1T-TaS₂ crystals
  M. Yoshida, R. Suzuki, Y. J. Zhang, M. Nakano, Y. Iwasa
  Science Advances, 1, e1500606 (2015).
  
• Metallic ground state in an ion-gated two-dimensional superconductor
  Y. Saito, Y. Kasahara, J. T. Ye, Y. Iwasa, T. Nojima
  Science, 350, 409-413 (2015).
  
• Ambipolar insulator-to-metal transition in black phosphorus by ionic-liquid gating
  Y. Saito, Y. Iwasa
  ACS Nano, 9, 3192-3198 (2015).
  

2014年

• Controlling charge-density-wave states in nano-thick crystals of 1T-TaS₂
  M. Yoshida, Y. J. Zhang, J. T. Ye, R. Suzuki, Y. Imai, S. Kimura, A. Fujiwara, Y. Iwasa
  Scientific Reports, 4, 7302 (2014).
  
• Valley-dependent spin polarization in bulk MoS₂ with broken inversion symmetry
  R. Suzuki*, M. Sakano*, Y. J. Zhang, R. Akashi, D. Morikawa, A. Harasawa, K. Yaji ,K. Kuroda, K. Miyamoto, T. Okuda, K. Ishizaka, R. Arita, Y. Iwasa
  (*equal contribution)
  Nature Nanotechnology, 9, 611-617 (2014).
  
• Electrically switchable chiral light-emitting transistor
  Y. J. Zhang, T. Oka, R. Suzuki, J. T. Ye, Y. Iwasa
  Science, 344, 725-728 (2014)
  

2013年

• Formation of a stable p-n junction in a liquid-gated MoS₂ ambipolar transistor
  Y. J. Zhang, J. T. Ye, Y. Yomogida, T. Takenobu, Y. Iwasa
  Nano Letters 13, 3023-3028 (2013)
  

2012年

• Ambipolar MoS₂ thin flake transistors
  Y. J. Zhang, J. T. Ye, Y. Matsuhashi, Y. Iwasa
  Nano Letters, 12, 1136-1140 (2012)
  

おすすめの教科書・論文

固体物理全般

• 「固体物理の基礎」　アシュクロフト・マーミン　（吉岡書店）
• 「局在・量子ホール効果・密度波」　長岡 洋介, 高山 一, 安藤 恒也　（岩波書店）
• 「現代物性化学の基礎」　小川 桂一郎, 小島 憲道　（講談社）
• 「伝導性低次元物質の化学」　日本化学会　（学会出版センター）

半導体・トランジスタ

• 「半導体デバイス　基礎理論とプロセス技術」　S.M.ジィー　（産業図書）
• 「半導体の物理」　御子柴 宣夫　（培風館）

超伝導

• 「Introduction to Superconductivity」 Michael Tinkham
• 「超伝導」（朝倉物性物理シリーズ）　家 泰弘 （朝倉書店）
• 「超伝導の基礎」　丹羽 雅昭　（東京電機大学出版局）

スピントロニクス

• 「スピン流とトポロジカル絶縁体―量子物性とスピントロニクスの発展―」 須藤彰三・岡 真監修・齊藤英治・村上修一著 （共立出版）

レビュー論文　（学内のネットワークからダウンロード可）

• 2次元物質とその新機能
  1. Q. H. Wang et al., Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnology 7, 699–712 (2012).
  2. F. Xia at al., Two-dimensional material nanophotonics. Nature Photonics 8, 899–907 (2014).
  3. X. Xu et al., Spin and pseudospins in layered transition metal dichalcogenides. Nature Physics 10, 343–350 (2014).
  4. M. Chhowalla et al., The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets. Nature Chemistry 5, 263–275 (2013).
  5. M. Xu, T. Liang, M. Shi, and C. Chen Graphene-like two-dimensional materials. Chemical reviews 113, 3766–3798 (2013).
  6. H. Wang et al., Physical and chemical tuning of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Chemical Society reviews DOI: 10.1039/c4cs00287c (2014).
• 電界誘起超伝導
  1. K. Ueno et al., Field-Induced Superconductivity in Electric Double Layer Transistors. J. Phys. Soc. Jpn. 83, 032001 (2014).
  2. Y. Saito, T. Nojima and Y. Iwasa, Gate-induced superconductivity in two-dimensional atomic crystals. Superconductor Science and Technology, 29, 093001 (2016).
• 金属-絶縁体転移
  M. Imada, A. Fujimori and Y. Tokura Metal-insulator transitions. Rev. Mod. Phys. 70, 1039-1263 (1998).
• 超伝導-絶縁体転移
  A. M. Goldman Superconductor-insulator transition. Int. J. Mod. Phys. B 24, 4081–4101 (2010).
• 高結晶性2次元超伝導体
  Y. Saito, T. Nojima and Y. Iwasa Highly crystalline 2D superconductors Nature Reviews Materials, 2, 16094 (2016). [View Only].