表面の影響を抑え、「結晶本来の性質」に由来する光電流を捉えるー分子の配列で極性を制御し、円偏光光電流の向きを反転ー

2026-09-18 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、2次元有機・無機ハイブリッドペロブスカイト(2D-OIHP)で、結晶内部の極性に由来する円偏光ガルバノ効果(CPGE)を、表面由来の信号と分離して観測する手法を確立した。円偏光を結晶表面に垂直に照射することで表面由来のCPGEを抑え、結晶内部の極性による光電流を選択的に検出した。さらに、右手型・左手型のキラル分子を用いて結晶の極性方向を反転させると、CPGE光電流の向きも反転することを実証した。これは、分子の選択・配列によって結晶の極性を設計し、光・電荷・電子スピンの応答を制御できる可能性を示す成果である。将来的には、円偏光を電気信号として検出する光センサーや、光によるスピン制御を利用する光スピントロニクス材料への応用が期待される。

表面の影響を抑え、「結晶本来の性質」に由来する光電流を捉えるー分子の配列で極性を制御し、円偏光光電流の向きを反転ー
図1. 円偏光垂直入射による表面分極と面内バルク(結晶内部)分極由来のCPGE発生模式図。

<関連情報>

二次元ハイブリッドペロブスカイトにおける対称選択的励起によって実現される明確なバルク円形光起電力効果 Unambiguous Bulk Circular Photogalvanic Effect Enabled by Symmetry-Selective Excitation in Two-Dimensional Hybrid Perovskites

Ichi Naruse;Po-Jung Huang;Kouji Taniguchi
Nano Letters  Published:September 01, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c02601

Abstract

The circular photogalvanic effect (CPGE) enables helicity-dependent photocurrent generation in noncentrosymmetric materials, probing spin-polarized electronic states. However, CPGE signals are often obscured by interfacial symmetry breaking, complicating the identification of intrinsic bulk responses. Here, we demonstrate the unambiguous observation of CPGE originating purely from intrinsic bulk polarity in two-dimensional organic–inorganic hybrid perovskites (2D-OIHPs). By employing normal-incidence circularly polarized light as a symmetry-selective excitation scheme, surface contributions are suppressed within the nanoscale photoactive region, enabling direct detection of bulk CPGE governed by inversion symmetry breaking. Using polar 2D-OIHP crystals incorporating dipolar organic cations, we observe helicity-dependent photocurrents determined by bulk polarity. Furthermore, the introduction of molecular chirality enables deterministic photocurrent reversal via chirality-coupled polarization switching between enantiomers. These results establish a general strategy for isolating and controlling bulk spin-dependent photo-responses while revealing a direct link between molecular design, bulk polarity, and spin-polarized photocurrent generation. Our findings highlight 2D-OIHPs as a versatile platform for symmetry-engineered opto-spintronic functionalities and helicity-sensitive photodetection.

0403電子応用
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