Thermoelectric thin films of group IV layered materials

Research Project

Project/Area Number	22K20492
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Terada Tsukasa 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00963662)
Project Period (FY)	2022-08-31 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	薄膜成長 / 層状物質 / ゲルマネン / 熱電変換 / 薄膜合成 / IV族系化合物
Outline of Research at the Start	グラフェンを超える電子移動度を示しうる物質として、Ge二次元原子層であるゲルマネンが注目されている。さらに、ゲルマネンではその特有のバックリングした結晶構造を変形することで、バンド構造の制御が可能である。しかしながら、Geは三次元構造が安定であり、二次元構造化が難しい。そこで、多層ゲルマネンに金属元素を層間挿入することで安定化した層状物質に着目した。この層間の金属元素を制御することでゲルマネンのバックリング構造を変形し、バンド構造が制御可能だと着想した。本研究では、熱電材料への応用を目指し、金属層が層間挿入された多層ゲルマネン薄膜の開発を行い、ゲルマネンが様々な分野で活躍できる道を切り拓く。
Outline of Final Research Achievements	In this research, we focused on controlling the interlayer elements of layered materials containing germanene, a two-dimensional atomic layer of Ge, aiming to manipulate its electrical conduction properties. By controlling the intercalation elements, we developed novel layered materials containing germanene and aimed to achieve high mobility and high thermoelectric properties coming from germanene. We successfully discovered a new layered material containing germanene by controlling the reaction time between the fabricated thin film and hydrochloric acid, and found that electrical properties can be controlled from metallic to semiconducting states.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	高移動度を示しうるGe二次元原子層ゲルマネンを結晶構造内に内包する新奇層状物質を発見し、電気伝導特性を制御できることを見出した。本物質はこれまでに報告がなく、ゲルマネンの特異電気伝導特性を利用した半導体デバイスの実現に向けた研究の前進が期待される。