１次元ヘテロエピタキシーによる面内複合原子層系の開拓

• Project Area: Science of Atomic Layer Systems
• Project/Area Number: 16H00918
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 宮田 耕充 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (80547555)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 原子層物質 / 原子層 / ナノ材料

Outline of Annual Research Achievements

H29年度は、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)の面内ヘテロ構造の結晶成長を中心とした研究を進めてきた。結晶成長に関しては、酸化物および有機金属原料を用いて、TMDCの大面積結晶の成長や面内ヘテロ構造の合成プロセスの開発を行った。特に、塩化ナトリウムや臭化カリウムなどの塩を成長補助剤として利用することで、どちらの原料においても10倍～1000倍程度まで結晶のサイズを向上できることを見出してきた。酸化物原料の場合には、得られた単層TMDCの単結晶は最大で0.5mm程度になる。この結果は、これまで報告されてきたTMDC単結晶の中でも最大級のサイズになり、今後様々な物性測定への展開が期待される。また、面内ヘテロ構造については、二段階目の成長において母体となるTMDCの劣化が問題となっていた。この課題を解決するために、金属とカルコゲン原料の供給レートに関する合成条件を中心に検討し、TMDCの結晶性の向上を進めてきた。高結晶性TMDCを利用して、二段階目の合成を行うことで、母体となるTMDC結晶の劣化を抑制することに成功した。この成果により、シリコンやサファイアを含む様々な基板上に大面積の面内ヘテロ構造を収率良く合成出来るようになってきている。現在まで、有機金属・カルコゲン原料を利用した場合は、モリブンデン、タングステン、硫黄、セレンの組み合わせより、６種類の異なる面内ヘテロ構造を合成が可能になっている。これらの成果を発展させることで、様々なTMDC面内ヘテロ構造を利用した光・電子デバイスや原子層を用いた超格子の実現などへの展開が期待される。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Clean and polymer-free transfer of CVD-grown graphene films on hexagonal boron nitride substrates (2017)
  • Author(s): M. Fujihara, S. Ogawa, S. Yoshimura, R. Inoue, Y. Maniwa, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Shinohara, Y. Miyata
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 56 Issue: 5 Pages: 055102-055102
  • DOI: 10.7567/jjap.56.055102
  • NAID: 210000147726
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Orientation-controlled growth of hexagonal boron nitride monolayers templated from graphene edges (2017)
  • Author(s): E. Maeda, Y. Miyata, H. Hibino, Y. Kobayashi, R. Kitaura, H. Shinohara
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 10 Issue: 5 Pages: 055102-055102
  • DOI: 10.7567/apex.10.055102
  • NAID: 210000135848
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Purification of 1.9-nm-diameter semiconducting single-wall carbon nanotubes by temperature-controlled gel-column chromatography and its application to thin-film transistor devices (2017)
  • Author(s): B. Thendie, H. Omachi, J. Hirotani, Y. Ohno, Y. Miyata, H. Shinohara
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 56 Issue: 6 Pages: 065102-065102
  • DOI: 10.7567/jjap.56.065102
  • NAID: 120006343665
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Out-of-Plane Strain Induced in a Moiré Superstructure of Monolayer MoS2 and MoSe2 on Au(111) (2017)
  • Author(s): S. Yasuda, R. Takahashi, R. Osaka, R. Kumagai, Y. Miyata, S. Okada, Y. Hayamizu, K. Murakoshi
  • Journal Title: Small Volume: 13 Issue: 31 Pages: 1700748-1700748
  • DOI: 10.1002/smll.201700748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy on MoS2 embedded nanowire formed in CVD-grown Mo1_xWxS2 alloy (2017)
  • Author(s): H. Mogi, Y. Kobayashi, A. Taninaka, R. Sakurada, T. Takeuchi, S. Yoshida1, O. Takeuchi, Y. Miyata, H. Shigekawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 56 Issue: 8S1 Pages: 1-4
  • DOI: 10.7567/jjap.56.08lb06
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Y. Kobayashi, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Maniwa, Y. Miyata (2017)
  • Author(s): Slidable atomic layers in van der Waals heterostructures
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 10 Issue: 4 Pages: 045201-045201
  • DOI: 10.7567/apex.10.045201
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Modulation of electrical potential and conductivity in an atomic-layer semiconductor heterojunction (2016)
  • Author(s): Y. Kobayashi, S. Yoshida, R. Sakurada, K. Takashima, T. Yamamoto, T. Saito, S. Konabe, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Maniwa, O. Takeuchi, H. Shigekawa, Y. Miyata
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 31223-31223
  • DOI: 10.1038/srep31223
  • NAID: 120007129481
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Growth and optical properties of Nb-doped WS monolayers (2016)
  • Author(s): S. Sasaki, Y. Kobayashi, Z. Liu, K. Suenaga, Y. Maniwa, Y. Miyauch, Y. Miyata
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Issue: 7 Pages: 071201-071201
  • DOI: 10.7567/apex.9.071201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Local optical absorption spectra of h-BN-MoS2 van der Waals heterostructure revealed by scanning near-field optical microscopy (2016)
  • Author(s): J. Nozaki, Y. Kobayashi, Y. Miyata, Y. Maniwa, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Yanagi
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 55 Issue: 6S1 Pages: 06GB01-06GB01
  • DOI: 10.7567/jjap.55.06gb01
  • NAID: 210000146604
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Growth and characterization of atomic-layer heterostructures (2018)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: International Workshop on Frontier and Cutting-edge Technologies over 2D Materials (FaCeTo2D:2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Semiconductor heterojunctions based on 2D materials (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: Compound Semiconductor Week 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ファンデルワールスヘテロ構造における スライド可能な原子層 (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: 日本表面科学会「摩擦の科学」研究部会シンポジウム「様々な界面の摩擦・凝着制御の最前線」
  • Invited
• [Presentation] Semiconductor heterojunctions based on 2D materials (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: 12th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原子層ヘテロ構造の合成と機能開拓 (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: 東京理科大学ナノカーボン研究部門ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 機能性 2次元カルコゲナイドの成長と評価 (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] ファンデルワールスヘテロ構造におけるスライド可能な原子層 (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: 電通大ナノトライボロジー研究センター第一回シンポジウム「表面・界面の物理と摩擦」
  • Invited
• [Presentation] Semiconductor Heterojunctions Based on 2D Materials (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Semiconductor heterojunctions based on 2D materials (2017)
  • Author(s): 宮田耕充
  • Organizer: 2017 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Growth and electronic properties of MoS2/WS2 lateral heterostructures (2016)
  • Author(s): Y. Miyata
  • Organizer: The 9th Singapore International Chemical Conference (SICC-9)
  • Place of Presentation: シンガポール国立大学
  • Year and Date: 2016-12-12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原子層ヘテロ構造の成長と評価 (2016)
  • Author(s): 宮田 耕充
  • Organizer: 2016年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2016-11-29
  • Invited
• [Presentation] 面内原子層ヘテロ接合の成長と評価 (2016)
  • Author(s): 宮田 耕充
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、新潟
  • Year and Date: 2016-09-14
  • Invited
• [Presentation] Growth and characterization of in-plane atomic layer heterostructures (2016)
  • Author(s): Y. Miyata
  • Organizer: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター [かでる2.7]
  • Year and Date: 2016-09-07
  • Invited
• [Presentation] 遷移金属ダイカルコゲナイド原子層の成長と評価 (2016)
  • Author(s): 宮田 耕充
  • Organizer: シリコン材料・デバイス研究会 (SDM), MOSデバイス・メモリ高性能化－材料・プロセス技術
  • Place of Presentation: 東京工業大学キャンパスイノベーションセンター
  • Year and Date: 2016-06-29
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/miyata/index.html