低次元量子デバイス研究ユニット

主宰者

主宰者名

島﨑佑也 Yuya Shimazaki

役職

ユニットリーダー

略歴

2016	東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
2016	東京大学大学院工学系研究科特任研究員
2017	スイスチューリッヒ工科大学量子フォトニクスグループ博士研究員
2021	理化学研究所創発物性科学研究センター量子電子デバイス研究チーム研究員
2024	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特任准教授（現職）
2024	理化学研究所創発物性科学研究センター統合物性科学研究プログラム低次元量子デバイス研究ユニットユニットリーダー（現職）

研究室概要

当ユニットは、２次元物質を中心とした低次元材料を基軸に、結晶格子のモアレ干渉効果や半導体微細加工による低次元構造を利用した新規量子デバイスにおける物理の開拓を行う。特に半導体モアレ超格子における量子多体物性・量子デバイス物理を、電気制御と光励起によるプローブ・制御を通じて明らかにする。層状化合物のバルク単結晶を出発点として、２次元物質のヘテロ構造作製、デバイス化、極低温での電気制御・光学測定・電気伝導測定、必要となる装置やソフトウェアの開発まで一貫して研究を行う。

研究分野

物理学、工学、材料科学

キーワード

２次元物質
ナノデバイス
スペクトロスコピー
強相関電子系
凝縮系物理学

研究紹介

半導体モアレ格子の電気制御と励起子センシング

原子レベルの厚さの２次元物質は、重ね合わせることにより新しい機能性を付加することができる。周期の近い２次元物質結晶を重ね合わせると、モアレ干渉により元の結晶の周期性よりも長い10ナノメートル程度の周期的なナノ構造を作り出すことができる。半導体２次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドを利用することで、このモアレ格子中の電子を電気制御、光検出することが可能である。我々は高品質なヘテロ構造を作製することで、これまでにこのような電気制御された半導体モアレ格子において、強い電子相関から生じる絶縁状態を実現することに成功した。特に励起子遷移をセンサーとして利用することで、特異な層間の電荷移動の振る舞いや電荷秩序の形成を光学的に検出することに成功している。またモアレ格子中の正孔のトンネル結合状態の電気制御と光検出、励起子の混成状態の電気制御、電気制御によるフェッシュバッハ共鳴など様々な制御方式を確立してきた。このような制御性の高い半導体モアレ格子は、量子物性のシミュレータとしての活用が大いに期待される。

(a) ２次元物質結晶のモアレ干渉による超格子（モアレ格子） (b) 半導体モアレ格子中の強相関電子状態と励起子によるセンシング (c) 励起子の混成状態の電気制御 (d) 電気制御による励起子と正孔のフェッシュバッハ共鳴

メンバー一覧

島﨑佑也 Yuya Shimazaki	ユニットリーダー	yuya.shimazaki[at]riken.jp

主要論文

A. Popert, Y. Shimazaki, M. Kroner, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. Imamoglu, and T. Smolenski

Optical Sensing of Fractional Quantum Hall Effect in Graphene

Nano Lett. 22, 7363–7369 (2022)
I. Schwartz, Y. Shimazaki, C. Kuhlenkamp, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kroner, and A. Imamoglu

Electrically tunable Feshbach resonances in twisted bilayer semiconductors

Science 374, 336 (2021)
T. Smoleński, P. E. Dolgirev, C. Kuhlenkamp, A. Popert, Y. Shimazaki, P. Back, X. Lu, M. Kroner, K. Watanabe, T. Taniguchi, I. Esterlis, E. Demler and A. Imamoğlu

Signatures of Wigner crystal of electrons in a monolayer semiconductor

Nature 595, 53 (2021)
Y. Shimazaki, C. Kuhlenkamp, I. Schwartz, T. Smolenski, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kroner, R. Schmidt, M. Knap, and A. Imamoglu

Optical Signatures of Periodic Charge Distribution in a Mott-like Correlated Insulator State

Phys. Rev. X 11, 021027 (2021)
Y. Shimazaki, I. Schwartz, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kroner and A. Imamoglu

Strongly correlated electrons and hybrid excitons in a moiré heterostructure

Nature 580, 472 (2020)
Y. Shimazaki, M. Yamamoto, I. V. Borzenets, K. Watanabe, T. Taniguchi, and S. Tarucha

Generation and detection of pure valley current by electrically induced Berry curvature in bilayer graphene

Nat. Phys. 11, 1032 (2015)

主宰者