グラフェンの構造ならびに物性の制御に関する研究

• Project/Area Number: 13J07288
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 小川 友以 九州大学, 先導物質化学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: グラフェン / 電子構造エンジニアリング / 長周期構造 / 二層グラフェン / 積層角度 / ヘテロ構造 / CVD合成 / ドメイン構造 / ドメイン境界 / キャリア輸送特性 / π共役系分子 / 自己組織化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、次世代エレクトロニクス・スピントロにクス材料として注目されるグラフェンについて応用の可能性を広げることを目指し、「電子構造を制御したグラフェンの創製法の探索」を目標とし研究に取り組んだ。具体的には、これまでの結晶方位を制御した単層グラフェンの合成の成果を活かし、長周期構造を与えるCu(111)面上でのグラフェンの成長条件の探索、および積層角度を制御した二層グラフェン(twisted bilayer graphene, tBLG)の作製と評価を行った。
長周期構造の制御にはグラフェンのCu(111)面に対する配向に加え、成長速度と成長圧力のコントロールが重要であることが分かった。
tBLGについては、方位が一方向にそろった単層グラフェンを合成しそれらを転写によって重ね合わせることによって、±1°の精度で人工的に積層角度を制御しtBLGを得ることに成功した。さらにCu薄膜上にtBLGを創製し、Nano-ARPESによるバンド構造の評価を行った結果、二つのDirac coneが重なり、また相互作用によって新たなバンドを形成していることが観察された。これらの結果は、今後のグラフェンデバイスの発展に重要な新しい知見であると考えられる。
また、原子層厚さかつ機械的にフレキシブルなデバイスデバイスの作製に向けた検討として、Cu箔上にCVD成長したグラフェンをSiO2/Si基板に転写しMOCVD法と組み合わせることによって、面内ヘテロ構造を持つグラフェン-二硫化モリブデン（MoS2）の合成を実現した。
これらの研究は、海外渡航制度を利用し、主にアメリカ合衆国コーネル大学化学科に滞在して共同研究を行い、より多角的に検討を進めることができたためと考えられる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structure and transport properties of the interface between CVD-grown graphene domains (2014)
  • Author(s): Yui Ogawa, Kastuyoshi Komatsu, Kenji Kawahara, Masaharu Tsuji, Kazuhito Tsukagoshi, Hiroki Ago
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 6 Issue: 13 Pages: 7288-7294
  • DOI: 10.1039/c3nr06828e
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Polycrystalline graphene with single crystalline electronic structure (2014)
  • Author(s): Lola Brown, Edward B. Lochocki, Jose Avila, Cheol-Joo Kim, Yui Ogawa, Robin W. Havener, Dong-Ki Kim, Eric J. Monkman, Daniel E. Shai, Haofei I. Wei, Mark P. Levendorf, Maria Asensio, Kyle M. Shen, Jiwoong Park
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 14 Issue: 10 Pages: 5706-5711
  • DOI: 10.1021/nl502445j
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lattice-Oriented Catalytic Growth of Graphene Nanoribbons on Heteroepitaxial Nickel Films (2013)
  • Author(s): Hiroki Ago, Izumi Tanaka, Yui Ogawa, Rozan Mohamad Yunus, Masaharu Tsuji, Hiroki Hibino
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 7 Issue: 12 Pages: 10825-10833
  • DOI: 10.1021/nn405122r
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dense Arrays of Highly Aligned Graphene Nanoribbons Produced by Substrate-Controlled Metal-Assisted Etching of Graphene (2013)
  • Author(s): Pablo Solis Fernandz, Kazuma Yoshida, Yui Ogawa, Masaharu Tsuji, Hiroki Ago
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 25 Pages: 6562-6568
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-assembly of polar phthalocyanine molecules on graphene grown by chemical vapor deposition (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Andrew Thye Shen Wee, Chen Wei, Hiroki Ago
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 117 Issue: 42 Pages: 21849-21855
  • DOI: 10.1021/jp406681j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epitaxial Growth and Electronic Properties of Large Hexagonal Graphene Domains on Cu (111) Thin Film (2013)
  • Author(s): Hiroki Ago, Kenji Kawahara, Yui Ogawa, Shota Tanoue, Mark A. Bissett, Masaharu Tsuji, Hidetsugu Sakaguchi, Roland J. Koch, Felix Fromm, Thomas Seyller, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ultra flat CVD-grown graphene for stacking method (2014)
  • Author(s): Yui Ogawa, Lola Brown, Cheol-Joo Kim, Masaharu Tsuji, Hiroki Ago, Jiwoong Park
  • Organizer: MRS Fall meeting 2014
  • Place of Presentation: Hynes convention center, Boston, MA, the US
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] Aligned graphene with single crystalline electronic structure on 6 inch Cu foil (2014)
  • Author(s): Yui Ogawa, Lola Brown, Edward B. Lochocki, Jose Avila, Cheol-Joo Kim, Robin W. Havener, Dong-Ki Kim, Eric J. Monkman, Daniel E. Shai, Haofei I. Wei, Mark P. Levendorf, Maria Asensio, Kyle M. Shen, Jiwoong Park
  • Organizer: Gordon Research Conferences; Graphitic Carbon Materials, Chemistry and Physics of
  • Place of Presentation: Bates College, Lewiston, ME, the US
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-19
• [Presentation] Molecular self-assembly on CVD graphene (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Andrew Thye Shen Wee, Chen Wei, Hiroki Ago
  • Organizer: 10th International Symposium on Novel Carbon Resource Sciences
  • Place of Presentation: 九州大学筑紫地区(福岡県春日市)
  • Year and Date: 2013-12-02
• [Presentation] Epitaxial growth and electronic properties oflarge hexagonal graphene domains on Cu (111) thin film (2013)
  • Author(s): Hiroki Ago, Kenji Kawahara, Yui Ogawa, Shota Tanoue, Mark A. Bissett, Masaharu Tsuji, Hidetsugu Sakaguchi, Roland J. Koch, Felix Fromm, Thomas Seyller, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi
  • Organizer: International Conference on Solid State Devices and Materials 2013 (SSDM2013)
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク(福岡県福岡市)
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Transport properties and defects at the intersection of CVD graphene domains (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Kenji Kawahara, Masahiro Miyashita, Masaharu Tsuji, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi, Hiroki Ago
  • Organizer: International Conference on Solid State Devices and Materials 2013 (SSDM2013)
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク(福岡県福岡市)
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Self-sssembly of phthalocyanine molecules on CVD graphene (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Chen Wei, Hiroki Ago
  • Organizer: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
  • Year and Date: 2013-09-19
• [Presentation] Self-sssembly of polar phthalocyanine molecules on CVD graphene (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Chen Wei, Hiroki Ago
  • Organizer: Recent Progress on Graphene Research (RPGR2013)
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2013-09-12
• [Presentation] Study on Domain Boundaries of Merged Hexagonal Domains in CVD Graphene (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Kenji Kawahara, Masahiro Miyashita, Masaharu Tsuji, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi, Hiroki Ago
  • Organizer: International Conference on Materials for Advanced Technologies 2013 (ICMAT2013)
  • Place of Presentation: Suntec Singapore, International Convention & Exhibition Centre (Singapore, Singapore)
  • Year and Date: 2013-07-03
• [Presentation] Molecular self-assembly on CVD graphene (2013)
  • Author(s): Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Chen Wei, Hiroki Ago
  • Organizer: 2nd NUS-IMCE Bilateral Workshop
  • Place of Presentation: National University of Singapore (Singapore, Singapore)
• [Remarks] Carbon Electronics Group at Kyushu University
  • URL: http://ago.cm.kyushu-u.ac.jp/index-e.html
• [Remarks] The Park Lab at Cornell University
  • URL: http://park.chem.cornell.edu/
• [Remarks] 九州大学カーボンエレクトロニクスグループ
  • URL: http://nano.cm.kyushu-u.ac.jp/AGO/indexago.html
• [Remarks] 辻・吾郷研究室
  • URL: http://nano.cm.kyushu-u.ac.jp/