東京大学,理化学研究所,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和５年６月１９日

東京大学
理化学研究所
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

異なる２次元結晶を重ねた界面で
スピン偏極した光電流が流れることを発見

～２次元物質界面における新しい光スピントロニクス機能の開拓～

ポイント

東京大学 物性研究所の井手上 敏也 准教授と東京大学 大学院工学系研究科の岩佐 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 兼任）らの研究グループは、Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ａｔ Ｂｅｒｋｅｌｅｙのグループと共同で、２種類の異なる２次元結晶（二セレン化タングステン（ＷＳｅ２）とリン化ケイ素（ＳｉＰ））を重ねて作製した界面に円偏光を照射することで、界面の特定の方向にスピン偏極した光電流が流れることを発見した。

３次元層状物質から剥離した数原子層からなる２次元結晶は、貼り合わせる物質の種類とはほぼ無関係に作製できるという特徴がある。そのようにして作製された２次元結晶界面では、元の結晶にはない特徴的構造とそれを反映した新しい物性や機能性が発現することがあり、近年大きな注目を集めている。本研究では、２次元結晶界面の対称性に着目して、異なる結晶構造を持つ２次元結晶を重ねて界面の対称性を低下させることで、円偏光によって励起されたスピン偏極キャリア（電子やホール）の整流効果を実現できることを明らかにした。さらに、光電流の詳細な振る舞いを調べることで、観測された光電流が、電子の幾何学的性質を反映した量子力学的機構によって説明できることを見いだした。

本研究成果は、２次元結晶界面における新しい光スピントロニクス機能を与えるものであり、２次元結晶界面の機能性開拓をさらに推進する契機となると期待される。

本研究成果は、２０２３年６月１５日（英国夏時間）に英国科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」オンライン版に掲載された。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究領域「トポロジカル材料科学と革新的機能創出（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ１９Ｌ１）」、科研費「基盤研究Ｓ（課題番号：ＪＰ１９Ｈ０５６０２）」、「基盤研究Ａ（課題番号：２３Ｈ０００８８）」、「新学術領域研究（課題番号：２２Ｈ０４５８４）」、日本学術振興会 日中韓フォーサイト事業の支援により実施された。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Berry Curvature Dipole Generation and Helicity-to-spin Conversion at Symmetry-mismatched Hetero-interfaces”
ＤＯＩ：10.1038/s41565-023-01417-z

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Berry curvature dipole generation and helicity-to-spin conversion at symmetry-mismatched heterointerfaces”

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