原子層材料バレートロニクスの研究

バレートロニクス

自由度は、電荷キャリアを互いに区別するために用いられます。電荷やスピンの自由度は、ストレージや情報処理技術のために広く研究されています。電荷の自由度を利用したエレクトロニクスは、現在のデータ処理技術の根幹となっています。しかし、電子機器における電荷の物理的な動きは熱を発生させるため、科学者たちはより良い代替手段を探しています。スピントロニクスは有望ですが、安定性に問題があります。もう一つの選択肢がバレー自由度です。これは、ある物質のバレーの形をしたバンドに存在する、異なる運動量を持つ電子を区別するものです。このバレー自由度を利用した研究は、バレートロニクスと呼ばれています。

K点とK'点のバレーに存在するキャリア

電子を異なるバレーに区別した物理的性質をベリー曲率といいます。ベリー曲率は、逆数空間における擬似的な磁場と理解できます。しかし、ある物質がゼロでないベリー曲率を持つためには、系の持つ時間反転対称性または空間反転対称性のいずれかが破られる必要があります。どちらかの対称性が破られると、異なるバレーにあるキャリアは逆極性のベリー曲率をもつこととなり、異なるバレーのキャリアが逆方向に移動するバレーホール効果と呼ばれる現象が発生します。

面内電界印加時にK点K'点のバレーに存在するキャリアの運動

この研究室では、グラフェンやMoS2などの遷移金属ダイカルコゲナイドなどの2次元物質におけるバレートロニクスを理解するための理論的・実験的研究を行っています。理論計算では、系の反転対称性が破れたときにベリー曲率が出現することを調べています。一方、実験では、これらの系にベリー曲率が誘起するバレー間のホール効果を観察しています。現在は、多層MoS2の層依存のバレーホール効果を研究しています。

上と下のhBN層の配向が及ぼす影響