Elucidation and control of phonon properties in moire superlattices
| Project/Area Number |
21H01017
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
毛利 真一郎 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
藤井 高志 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60571685)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
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| Keywords | 原子層半導体 / モアレ超格子 / 熱伝導 / フォノン物性 / 原子層材料 / グラフェン / 遷移金属ダイカルコゲナイド / MoS2 / フォノン / ツイストグラフェン |
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| Outline of Research at the Start |
グラフェンやMoS2などの原子層材料を積層した『ファンデルワールスヘテロ構造』では、ナノスケールのポテンシャル変調構造である『モアレ超格子構造』が現れ、その電子状態を反映したさまざまな特異物性が発現することで大きな注目を集めている。
本研究では、電子線回折による積層角度の決定とフォノン物性計測を同時に行える実験系を構築し、『原子層の積層とツイストによるナノスケールのポテンシャル変調が新しいフォノン物性発現の場となりうるか？』という課題の解決を目指す。具体的には、TEMグリッド上に架橋ツイスト原子層を作製し、基板の影響を排してツイスト角度の変化に依存した光学特性を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、MoS2やグラフェンなどの原子層材料を2層ツイストして架橋させた、「架橋モアレ超格子系」を対象に、モアレ超格子の形成や周期がフォノン物性にどのような影響を与えるかを評価することが目的であった。 試料を架橋させることで、基板の影響を排除した上で熱物性の評価が可能となる点が、他の方法にない特色である。
本年度は、2021年度に行った架橋ツイスト2層グラフェンの角度依存性の結果について、再解析を行い。温度による熱伝導度の変化を含めた解析結果をまとめた（「応用物理2024年3月号」。積層角度が小さいほど熱伝導度が小さくなる結果が得られている。また、グラフェン同士やh-BNとグラフェンのツイスト2層系において、ラマン分光でフォノン物性を調べ、熱伝導を調べた。TEM観察で決定したツイスト角度のデータをもとに、熱伝導度にツイスト角度依存性があることを見出した（兒玉他 電子材料シンポジウム）。
金属蒸着による架橋ツイスト2層グラフェンのラマンシフトについては、G/2D比をもとに積層角度を推定し、蒸着によるラマンシフトの積層角度依存性を調べた。その結果、積層角度によってラマンシフトに違いがみられることがわかってきた。積層角度が低い領域では、もともと試料に引っ張りひずみが入っており、それが蒸着により緩和される。一方で、積層角度の中程度の資料では、単純に蒸着による曲率の変化が引っ張りひずみをもたらし、G,2Dピークともラマンシフトが低波数側にシフトする。 さらに、30°に近い積層角度では、ひずみの変化に加え電子状態の変化があることを示唆する結果となっている。
上記研究に加え、大面積のMoS2やグラフェンの結晶成長に関する研究や分極材料によるドーピング効果でフォノン物性を含む光物性がどう変化するかの実験も行った。これらの研究も含め、論文発表2件、学会発表22件の成果を得ている。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(52 results)
