学術的背景と問題提起 計量学の分野では、量子ホール効果（Quantum Hall Effect, QHE）とジョセフソン効果（Josephson Effect）は、それぞれ電気抵抗（オーム）と電圧（ボルト）の量子標準を提供しています。しかし、従来の量子ホール抵抗標準（Quantum Hall Resistance Standards, QHRs）は、超電導磁石などで10テスラ以上の強い磁場を生成する必要があるため、実用的な応用上の制約があります。特にジョセフソン電圧標準（Josephson Voltage Standards, JVS）との統合時には、磁場中ではJVSが正常に動作しないため、大きな課題となっています。このため、外部磁場を必要とせずに、高精度な電気抵抗量子標準を実現することが重...

高性能p型フィールド効果トランジスタ：2次元材料の置換ドーピングと厚さ制御 学術的背景 半導体技術の進展に伴い、シリコン基フィールド効果トランジスタ（FET）はパフォーマンスの限界に近づいています。このボトルネックを克服するため、研究者たちはシリコンの代替として2次元（2D）材料の可能性を模索しています。モリブデン二硫化物（MoS₂）、モリブデン二セレン化物（MoSe₂）、およびタングステン二セレン化物（WSe₂）といった2D遷移金属ジカルコゲナイド（TMD）は、原子レベルで平滑で欠陥のない表面や優れた電子特性により注目されています。しかしながら、n型2D FETでは著しい進歩が見られる一方、p型2D FETの開発は遅れています。これは主に、金属-2D材料の界面におけるフェルミ準位ピン止め効...

シームレスなグラフェンスピンバルブの構築：Van der Waals磁性体Cr₂Ge₂Te₆の近接効果に基づいて 研究の背景と意義 グラフェンは、高い電子移動度と長いスピン拡散長を持つ2次元材料として、スピントロニクス分野で大きな可能性を秘めています。しかし、グラフェン自身のスピン軌道相互作用（Spin-Orbit Coupling, SOC）や磁気交換相互作用（Magnetic Exchange Coupling, MEC）は弱く、それがスピン情報の生成や制御における機能を制約しています。一方で、近接効果（Proximity Effects）を活用し、近接する材料との短距離相互作用を介して新たな物理特性を導入することで、グラフェンのスピントロニクス応用性能を向上させることが可能です。 これ...

高遷移率n型モリブデン⼆硫化物トランジスターにおける分数量子ホール相研究 背景および研究動機 低温環境において、半導体遷移金属ダイカルコゲナイド（Transition Metal Dichalcogenides, TMDs）に基づくトランジスターは、理論的に高いキャリア移動度、強いスピン軌道相互作用、そして量子基底状態における内在的な強電子相互作用を提供することができます。これにより、多体電子相互作用や量子状態の探索に理想的なプラットフォームとなります。しかし、極低温でTMD材料に対して信頼性の高いオーミック接触（Ohmic Contact）を実現する難しさから、フェルミ準位がバンド端近くにある場合の電子相関特性、特に部分充填されたランドー準位（Landau Levels, LLs）での分数...

原子層MoS₂ナノ電気機械共振器における密接なモード間の非線形結合の研究 学術的背景 ナノテクノロジーの急速な発展に伴い、ナノ電気機械システム（Nanoelectromechanical Systems, NEMS）はセンサー、信号処理、量子計算などの分野で大きな応用可能性を示しています。特に、二硫化モリブデン（MoS₂）などの二次元（2D）材料は、原子レベルの厚さ、優れた機械的特性、および電気的特性を備えており、NEMSを構築するための理想的な材料となっています。MoS₂などの2D材料は、ナノスケールで多モード共振と非線形ダイナミクスを示し、これらの特性は新しいデバイス物理学を研究するためのユニークなプラットフォームを提供します。 NEMS共振器において、非線形モード結合は重要な研究テーマ...

テラヘルツ場によるFePS₃臨界点近傍の準安定磁化 学術的背景 近年、光を用いて量子材料の機能特性を制御することは凝縮系物理学のフロンティアとして注目されており、超伝導性、強誘電性、磁性、電荷密度波など、さまざまな光誘起相が発見されています。しかし、ほとんどの場合、光をオフにすると光誘起相は超高速時間スケールで平衡状態に戻るため、その実用的な応用が制限されています。テラヘルツ（THz）パルスはその低い光子エネルギーにより、集団モードを選択的に励起しながら軌道および電子自由度を基底状態に保つことができるため、近年多くの注目を集めています。 本研究では、強力なテラヘルツパルスを用いて、ファンデルワールス反強磁性体FePS₃において2.5ミリ秒以上の長寿命を持つ準安定磁化を誘起しました。この発見は...

双半整数表面ディスクリネーションからなるキラルπドメインウォールの研究 学術的背景 強誘電体材料におけるπドメインウォール（π domain walls）は、異なる分極領域を分離する界面であり、その構造は基礎研究において重要な意義を持つだけでなく、多くの実用的な応用においても重要な価値を持っています。強誘電性ネマティック液晶（ferroelectric nematic liquid crystals）は、微視的な配向秩序と巨視的な自発分極を特徴とする極性流体です。従来の強誘電性結晶とは異なり、強誘電性ネマティック液晶は連続的な並進対称性を持ち、低駆動電場、高い光学非線形応答、極性トポロジー構造などの独特な特性を示します。これらの特性は科学的な意義を持つだけでなく、非線形光学や光電子応用におい...

背景紹介 近年、研究者たちはMott絶縁体中の電子-ホール結晶に強い関心を寄せています。この種の結晶は量子励起状態を実現し、反流超流性およびトポロジカル秩序のポテンシャルを持ち、長距離の量子絡み合いの特性を備えています。しかし、Mott絶縁体中における電子とホール結晶の共存に関する実験的証拠はまだ十分に示されていません。通常の条件下では、強い電子-電子相互作用が新しい結晶秩序の形成を駆動し、Wigner結晶やドープされたMott絶縁体中の電荷秩序現象を引き起こします。このタイプの電子結晶は、量子フラクチュエーションが多くの自由度を持って示される多体システムであり、これが量子シミュレーションに用いられています。 出典紹介 この研究論文は複数の研究機関の研究者たちによって共同執筆されました。主な...

非熱音声子動力学と励起子凝縮状態の表面敏感電子回折探測 背景紹介 励起子と音声子の相互作用は、光励起材料中のエネルギーの流れを決定し、関連する相の出現をコントロールします。材料科学の進展とともに、三次元構造動力学を探る電子またはX線パルス技術は、電子－音声子相互作用の強度、強結合モードの減衰チャンネル、および三次元秩序の進化を明らかにできます。しかし、二次元材料と機能的異質構造の固有の異方性と遠方平面音声子の偏光へのアクセスの要求は、新しい技術への需要を駆り立てました。 研究源 本論文は、Felix Kurtz、Tim N. Dauwe、Sergey V. Yalunin、Gero Storeck、Jan Gerrit Horstmann、Hannes Böckmann、およびClaus R...

光誘導水解離におけるルチル二酸化チタン表面の電子と原子核の動力学研究 研究背景と動機 光触媒による水分解は光触媒技術の重要な応用の一つであり、二酸化チタン（TiO₂）はその有望な材料です。二酸化チタンは光触媒水分解において優れた性能を示していますが、その光誘導水解の微視的メカニズムは完全には解明されていません。本研究では、第一原理動的シミュレーションを用いて、典型的な水-ルチルTiO₂(110)界面上での光生成キャリアの伝送経路および光誘導水解プロセスを解析しました。この研究は光触媒表面反応の理解に重要な洞察を提供するだけでなく、光触媒性能の向上にも新たな可能性をもたらすかもしれません。 研究の出典と著者紹介 本研究は、北京凝縮態物理国家重点実験室および中国科学院物理研究所のYou Peiw...