バレートロニクス材料の提案 2次元結晶における特異な電子状態の直接観測・制御に成功
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）率いる研究グループは、同研究科物理工学専攻 石坂香子准教授、理化学研究所 創発物性科学研究センター 計算物質科学研究チーム 有田亮太郎チームリーダー、広島大学放射光科学研究センター 奥田太一准教授らと共同で、グラフェンに続くシート状の構造を持つ物質として着目されている二硫化モリブデンが、バレートロニクスと呼ばれる新しい低消費電力デバイス用の材料として非常に有力であることを実験的に証明し、新たな原理に基づくエレクトロニクスに向けて大きく貢献しました。
© 2014 岩佐グループ
二硫化モリブデンの結晶構造（左上）、電子状態（左下）とスピン・角度分解光電子分光法により得られたスペクトル（右）。
近年、低消費電力エレクトロニクスに向けてさまざまな試みが行われていますが、その中で最も基盤的なものは、電荷の流れ（電流）ではなく、電荷をもたない“何か”の流れを情報担体として用いることにより、熱の発生を最小化するという考え方です。例えば、“何か”をスピンに選び、スピン流を制御する技術の確立を目指す試みはスピントロニクスと呼ばれています。その他にも“バレー”と呼ばれる新たな量子力学的自由度を工学的に応用する試みとして、“バレートロニクス”を提案されています。
今回、研究グループは、二硫化モリブデンと呼ばれる、グラフェンと同じ蜂の巣格子の結晶構造を持つ物質を対象に、スピン・角度分解光電子分光法、発光スペクトルの2つの実験を行うとともに、第一原理に基づいた理論計算を組み合わせることによって、二硫化モリブデンが、バレーに依存したスピン分極など、バレートロニクスの基本となる特殊な性質を持っていることを証明しました。本成果をもとに、二硫化モリブデンを用いた新しいバレートロニクスの原理研究が加速され、低消費電力エレクトロニクスへの礎となることが期待されます。
本研究成果は、英国科学雑誌『Nature Nanotechnology』（7月28日電子版）に掲載されました。
論文情報
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,
“Valley-dependent spin polarization in bulk MoS2 with broken inversion symmetry”,
Nature Nanotechnology Online Edition: 2014/7/28 (Japan time), doi: 10.1038/nnano.2014.148.
論文へのリンク（掲載誌、UTokyo Repository）
