理化学研究所開拓研究本部加藤ナノ量子フォトニクス研究室の方楠基礎科学特別研究員(研究当時、現客員研究員)、加藤雄一郎主任研究員(光量子工学研究センター量子オプトエレクトロニクス研究チームチームリーダー)、筑波大学数理物質系ナノ構造物性研究室の岡田晋教授、東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻の長汐晃輔教授、慶應義塾大学理工学部物理学科の藤井瞬助教らの共同研究グループは、1次元と2次元という異なる次元性を持ったナノ半導体間の界面において、バンドエネルギー共鳴によって励起子移動が増強する現象を発見しました。
本研究成果は、原子レベルで構造が明らかなナノ物質を構成要素とした半導体デバイスへの応用に貢献すると期待されます。
効率の良い半導体作成のためには、素子の微細化が必要になりますが、物理的制約に直面しつつあります。この課題を打開するために低次元半導体が注目されています。今回、共同研究グループは、1次元半導体であるカーボンナノチューブと2次元半導体であるセレン化タングステンを用いた異次元ヘテロ構造を作製し、光吸収と発光特性を調査しました。さまざまな幾何構造を持つ単層カーボンナノチューブを用いることで、系統的にバンドエネルギーを変化させたところ、エネルギー共鳴によって励起子移動の増強が起きることを明らかにしました。これは、半導体工学において有用な概念であるバンドエンジニアリングが原子層デバイスにも適用できる可能性を示した重要な結果です。
本研究は、科学雑誌『Nature Communications』オンライン版(12月9日付)に掲載されました。