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助成番号 160010
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

遷移金属カルコゲナイド原子層材料開発および新規物性開拓

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Fabrication and novel physical properties of atomic-layer transition-metalchalcogenides

研究氏
代
表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）スガワラ

名）カツアキ

研究期間 Ｂ

２０１６ ～ ２０１７ 年

漢字 ＣＢ

菅原克明

報告年度 ＹR

２０１７ 年

Katsuaki

研究機関名

東北大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Sugawara

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東北大学 材料科学高等研究所・助教

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
本研究では、分子線エピタキシー装置を用いて様々な遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDs)原子層をグラフェン上に作製し、それらの電子状態を角度分解光電子分光によって直接観測することで、原子層化による新規物性解明を行った。
本研究で得られた研究成果を以下に項目ごとに記す。
・原子層化による空間反転対称性の破れた２次元超伝導体の特異物性解明  超伝導および電荷密度波が共存する系として注目を集めているバルク 2H-NbSe2 および 2H-TaSe2 の原子層化による空間反転対称性の破れに起因したスピン偏極電子状態が２次元超伝導および電荷密度波にどのような影響を与えるかを明らかにする目的で、それらの原子層を作製し、その電子状態を角度分解光電子分光測定を行った。その結果、空間反転対称性の破れに起因したスピン分裂電子状態の観測に成功し、NbSe2原子層における上部臨界磁場の上昇の起源がスピン分裂電子状態によるものと実験的に明らかにした。また、TaSe2 原子層においても NbSe2 原子層と同様なスピン分裂電子状態の形成を示唆する電子状態の観測に成功し、TaSe2 原子層における新規２次元超伝導の可能性を示唆した。  
・ HfSe2 の原子層化による新規物性探索
HfSe 2 原子層を２層グラフェン上に作製し、その電子状態を角度分解光電子分光測定によって調べたところ、関節型半導体的電子状態を形成していることを明らかにした。現在、バルク HfSe 2 の電子状態との比較から太陽光発電素子材料としてのデバイス開発の可能性を検討中である。

キーワード ＦＡ

角度分解光電子分光

遷 移 金 属 カ ル コ ゲ 空間反転対称性
ナイド原子層（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Selective Fabrication of Mott-Insulating and Metallic Monolayer TaSe2

著者名 ＧＡ

Y. Nakata, T. Yoshizawa, K. Sugawara,
Y. Umezawa, T. Takahashi and T. Sato

雑誌名 ＧＣACS Applied Nano Materials

ページ ＧＦ～発行年 ＧＥ

2

雑誌

018巻号 ＧＤ

In press

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺIn this research proposal, I have fabricated various transition-metal dichalcogenides (TMDs)
atomic-layers on graphene by molecular-beam epitaxy systems and investigated the novel physicalproperties in atomic-layer TMDs from direct observation of electronic state in these materials byperforming angle-resolved photoemission spectroscopy.
・ Investigation of anomalous physical phenomena in two-dimensional superconductor without
space-inversion symmetry on atomic-layers
To elucidate how the spin-polarized electronic state due to the broken space-inversion symmetry
influences two-dimensional superconductivity and charge-density waves (CDW) in atomic layer NbSe2 andTaSe2, which in bulk have been attractive attention since it coexists with a superconductivity and CDW, I
have fabricated monolayer NbSe2 and TaSe2 and performed angle-resolved photoemission spectroscopy.
As a result, I observed spin-splitting bands due to the breaking of space-inversion symmetry, whichindicates that the origin of giant upper critical magnetic field in NbSe2 atomic-layers is in relation to thespin-polarized electronic states. Also, we found the spin-splitting bands in TaSe2 atomic-layers resemble
to that in NbSe2 atomic-layers, which suggests the possibility of a two-dimensional superconductivity withthe large upper magnetic field.
・ Novel physical properties in HfSe2 atomic-layer
I have fabricated HfSe2 atomic-layer on bilayer graphene and elucidated its electronic states by using
angle-resolved photoemission spectroscopy. As a result, I found a semiconducting nature with indirect
band gap in HfSe2 atomic-layer. Now, by comparing with the experimental band structures in bulk, I’m
considering to be a possibility for developing new photovoltaic nano-devices based on HfSe2 atomic-layer.

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