電界効果近接場分光による遷移金属カルコゲナイドの局所光物性解明と構造制御

• Project Area: Science of Atomic Layer Systems
• Project/Area Number: 16H00919
• 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: 柳 和宏 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (30415757)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2017: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2016: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 遷移金属ダイカルコゲナイド / 原子層 / 近接場分光 / 電界効果 / 走査プローブ顕微鏡 / ナノ材料 / 光物性 / 物性 / 遷移金属カルコゲナイド

Outline of Annual Research Achievements

遷移金属カルコゲナイド(TMDC)の単層試料やヘテロ接合試料は、基礎科学・応用の両面から、極めて活発に研究がされている。最近では、MoS2やWSe2において2H構造と1T構造間の転移がドーピング・アニーリングにより制御可能であることが報告されている。TMDCにおける興味深い光物性は、構造欠陥・グレインバウンダリ（GB）・接合界面といった特異な局所構造において特に見られ、局所構造と光物性・電場応答特性の関係解明は必須である。そこで本研究では、申請者の近接場分光測定技術（SNOM）に、カンチレバよりバイアス電圧を印加する機構を設け、原子層の欠陥・GB・接合界面に存在する励起子・トリオン・束縛励起子を、回折限界を超えた空間分解能で解明し、且つ、その電界効果特性を明らかにし、更に、同技術の特性を生かし、局所的なレーザー加熱・ドーピングにより、2H-1T構造を制御する技術を開発することを目的として研究を進めた。昨年度までに、電界効果SNOM系の立ち上げに成功し、化学気相法で作成した単層MoS2試料の局所光学特性変調に成功した。この最終年度においては、剥離法によって作成したMoTe2試料に対して、同様な手法を行い、2H-1T'構造制御の研究、および、剥離法により作成したMoS2試料の単層および二層部位の局所光物性制御の研究を行った。結果として、MoTe2における2H-1T'の構造制御研究は、既報で報告されているのと同様なラマンスペクトルの変化が見られたが、共同研究者らとの議論と、β相結晶との比較により、本来の1T'構造とは異なる構造となっていると結論づけた。また、剥離MoS2系において電界効果ＳＮＯＭ法を用いることにより、発光効率の背景や、二層部位に見られる顕著なStark効果と思われる振る舞いを検出することに成功した。

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] Intersubband plasmons in the quantum limit in gated and aligned carbon nanotubes (2018)
  • Author(s): Yanagi Kazuhiro、Okada Ryotaro、Ichinose Yota、Yomogida Yohei、Katsutani Fumiya、Gao Weilu、Kono Junichiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1121-1121
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03381-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inner tube growth and electronic properties of metallicity-sorted nickelocene-filled semiconducting single-walled carbon nanotubes (2018)
  • Author(s): Kharlamova M. V.、Kramberger C.、Sauer M.、Yanagi K.、Saito T.、Pichler T.
  • Journal Title: Applied Physics A Volume: 124 Issue: 3 Pages: 247-253
  • DOI: 10.1007/s00339-018-1679-1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phase analysis of coherent radial-breathing-mode phonons in carbon nanotubes: Implications for generation and detection processes (2018)
  • Author(s): Shimura Akihiko、Yanagi Kazuhiro、Yoshizawa Masayuki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 3 Pages: 035441-035454
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.035441
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bias-induced modulation of ultrafast carrier dynamics in metallic single-walled carbon nanotubes (2018)
  • Author(s): Maekawa Keisuke、Yanagi Kazuhiro、Minami Yasuo、Kitajima Masahiro、Katayama Ikufumi、Takeda Jun
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 7 Pages: 075435-075441
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.075435
  • NAID: 120006533226
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation of Nickelocene-Filled Single-Walled Carbon Nanotubes by Conductivity Type and Diameter (2017)
  • Author(s): Kharlamova Marianna V.、Kramberger Christian、Yanagi Kazuhiro、Sauer Markus、Saito Takeshi、Pichler Thomas
  • Journal Title: physica status solidi (b) Volume: 254 Issue: 11 Pages: 1700178-1700178
  • DOI: 10.1002/pssb.201700178
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intertube effects on one-dimensional correlated state of metallic single-wall carbon nanotubes probed by 13C NMR (2017)
  • Author(s): N. Serita, Y. Nakai, K. Matsuda, K. Yanagi, Y. Miyata, T. Saito, Y. Maniwa
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 95 Issue: 3 Pages: 035128-035132
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.035128
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Extraction of High-Purity Single-Chirality Single-Walled Carbon Nanotubes through Precise pH Control Using Carbon Dioxide Bubbling (2017)
  • Author(s): Ichinose Yota、Eda Junko、Yomogida Yohei、Liu Zheng、Yanagi Kazuhiro
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 121 Issue: 24 Pages: 13391-13395
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b03896
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Manipulation of local optical properties and structures in molybdenum-disulfide monolayers using electric field-assisted near-field techniques (2017)
  • Author(s): Junji Nozaki, Musashi Fukumura, Takaaki Aoki, Yutaka Maniwa, Yohei Yomogida, Kazuhiro Yanagi
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 46004-46010
  • DOI: 10.1038/srep46004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thermoelectric Properties of WS2 Nanotube Networks (2017)
  • Author(s): H. Kawai, M. Sugahara, R. Okada, Y. Maniwa, Y. Yomogida, K. Yanagi
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 10 Issue: 1 Pages: 015001-015003
  • DOI: 10.7567/apex.10.015001
  • NAID: 210000135732
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] "Improvement of thermoelectric performance of single-wall carbon nanotubes by heavy doping: Effect of one-dimensional band multiplicity (2017)
  • Author(s): D. Hayashi, Y. Nakai, H. Kyakuno, T. Yamamoto, Y. Miyata, K. Yanagi, Y. Maniwa
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: ９ Issue: 12 Pages: 125103-125106
  • DOI: 10.7567/apex.9.125103
  • NAID: 210000138127
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optical microspectroscopy study on enriched (11,10) SWCNTs encapsulating C60 fullerene molecues (2016)
  • Author(s): B. Anis, K. Yanagi, C.A. Kuntscher
  • Journal Title: Carbon Volume: 107 Pages: 593-599
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2016.06.026
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ambipolar transistors based on random networks of WS2 nanotubes (2016)
  • Author(s): M. Sugahara, H. Kawai, Y. Yomogida, Y. Maniwa, S. Okada, K. Yanagi
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 9 Issue: 7 Pages: 075001-075003
  • DOI: 10.7567/apex.9.075001
  • NAID: 120007129536
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Disentangling Vacancy Oxidation on Metallicity-Sorted Carbon Nanotubes (2016)
  • Author(s): D. J Mowbray, A. P. Paz, G. Ruiz-Soria, M. Sauer, P. Lacovig, M. Dalmiglio, S. Lizzit, K. Yanagi, A. Goldoni, T. Pichler, P. Ayala, A. Rubio
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 120 Issue: 32 Pages: 18316-18322
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b06163
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermoelectric Properties of Fermi Level Tuned and Aligned Single Wall Carbon Nanotube Thin Films (2018)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: The 54th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • Invited
• [Presentation] 二硫化タングステンナノチューブの構造分離 (2018)
  • Author(s): 蓬田 陽平
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Intersubband plasmons in gated and aligned single-wall carbon nanotubes (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Yanagi
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近接場分光顕微鏡を用いた原子層材料の局所構造制御法開発 (2017)
  • Author(s): 西留比呂幸
  • Organizer: 第2回先端材料研究会
• [Presentation] 電界効果近接場法によるMoTe2薄膜の局所構造制御に関する研究 (2017)
  • Author(s): 野崎純司
  • Organizer: 第2回先端材料研究会
• [Presentation] 二硫化タングステンナノチューブにおける熱電変換効率の測定 (2017)
  • Author(s): 菅原光成
  • Organizer: 第2回先端材料研究会
• [Presentation] 電界効果近接場による遷移金属カルコゲナイド薄膜の局所光物性制御と構造制御 (2017)
  • Author(s): 野崎純司
  • Organizer: 日本物理学会 ２０１７年秋季大会
• [Presentation] 電界効果近接場法によるMoTe2薄膜の構造制御 (2017)
  • Author(s): 野崎純司
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ゲート印加配列制御単層カーボンナノチューブ薄膜におけるインターサブバンドプラズモン (2017)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 第５３回フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
• [Presentation] 電界効果近接場法によるMoTe2薄膜の局所構造制御 (2017)
  • Author(s): 野崎純司
  • Organizer: 第５３回フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
• [Presentation] 高密度キャリア注入時に形成されるナノチューブ軸に垂直方向の光吸収 (2017)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 日本物理学会 ２０１７年秋季大会
• [Presentation] ナノチューブの熱電特性 (2017)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 日本物理学会 第７２回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Invited
• [Presentation] ナノチューブ熱電物性の制御 (2017)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 東京理科大学ナノカーボン研究部門ワークショップ２０１６
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Presentation] Extraction of High-Purity Single-Chirality Single-Wall Carbon Nanotubes by Precise Tuning of pH using CO2 Bubbling (2017)
  • Author(s): Yota Ichinose, Junko Eda, Yutaka Maniwa, Yohei Yomogida, Kazuhiro Yanagi
  • Organizer: 第52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: 東京
• [Presentation] Tuning of local optical properties of MoS2 monolayer and its structural control using electric-field-effect scanning near-field optical microscopy techniques (2017)
  • Author(s): 野崎純司, 福村武蔵, 青木孝晶, 真庭豊, 蓬田陽平, 柳和宏
  • Organizer: 第52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: 東京
• [Presentation] Tuning of local optical properties of MoS2 monolayer and its structural control using electric-field-effect scanning near-field optical microscopy techniques (2017)
  • Author(s): J. Nozaki, M. Fukumura, T. Aoki, Y. Maniwa1, Y. Yomida, K. Yanagi
  • Organizer: International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials 2017
  • Place of Presentation: Kirchberg, Austria
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電界効果近接場による単層MoS2薄膜の局所キャリア注入と構造制御 (2017)
  • Author(s): 野崎純司, 福村武蔵, 青木孝晶, 真庭豊, 蓬田陽平, 柳和宏
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 電界効果近接場による単層MoS2薄膜の局所キャリア注入と構造制御 (2017)
  • Author(s): 野崎純司, 福村武蔵, 青木孝晶, 真庭豊, 蓬田陽平, 柳和宏
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 原子層の近接場分光と電界効果 (2016)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 物性研短期研究会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Invited
• [Presentation] 柳和宏 (2016)
  • Author(s): 原子層における近接場分光
  • Organizer: WITec workshop
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Invited
• [Presentation] Optical and Photo-thermoelectric Properties of Fermi Level tuned Single Walled Carbon Nanotubes with Selected electronic Structure (2016)
  • Author(s): Kazuhiro Yanagi
  • Organizer: The 77th JSAP Autumn Meeting 2016
  • Place of Presentation: Niigata, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Control of Physical Properties of Nanotubes by Electrolyte Gating (2016)
  • Author(s): Kazuhiro Yanagi
  • Organizer: FET workshop 2016
  • Place of Presentation: Minnesota, USA
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] WS2ナノチューブを用いた両極性トランジスタ (2016)
  • Author(s): 岡田遼太朗、菅原光成、河合英輝、蓬田陽平、真庭豊、岡田晋、柳和宏
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 新潟
• [Presentation] 金属型単層カーボンナノチューブにおける高ゼーベック・低抵抗状態での光熱電変換現象 (2016)
  • Author(s): 一ノ瀬遥太, 中村昌稔 , 河合英輝, 真庭豊, 蓬田陽平, 柳和宏
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢
• [Presentation] 広帯域近接場分光測定によるNbドープWS2単層薄膜の局所光吸収構造の解明 (2016)
  • Author(s): 野崎純司, 佐々木将悟, 宮田耕充, 真庭豊, 蓬田陽平, 柳和宏
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢
• [Remarks] 研究室のWebサイト
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/nano2/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体素子の製造方法、及び半導体素子 (2017)
  • Inventor(s): 柳和宏、野崎純司、蓬田陽平
  • Industrial Property Rights Holder: 柳和宏、野崎純司、蓬田陽平
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017
• [Patent(Industrial Property Rights)] 単一カーボンナノチューブの製造方法 (2017)
  • Inventor(s): 柳和宏、蓬田陽平、一之瀬遥太
  • Industrial Property Rights Holder: 柳和宏、蓬田陽平、一之瀬遥太
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017-02-28