大気・熱安定性に優れる14族2.5次元物質の創製と熱電応用への展開
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of 2.5 Dimensional Materials: Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation |
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| Project/Area Number |
22H05456
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
黒澤 昌志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40715439)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | ゲルマニウム / シリコン / ナノシート / 大気安定性 / 熱安定性 / 熱電応用 / 二次元物質 |
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| Outline of Research at the Start |
14族2.5次元物質（グラフェンの炭素原子をシリコン、ゲルマニウム、スズに置換した二次元物質：シリセン、ゲルマネン、スタネン）は、超高真空中で導電性基板上でのみ、その合成に成功しており、理論的に予測されている卓越した物性を応用するには至っていない。この課題解決に向けて、今回の公募研究ではゲルマネンの物性計測やデバイス応用に資する構造（大気・熱安定性に優れる薄膜を絶縁膜上に合成すること）を早期に実現するとともに、熱電物性を世界に先駆け解明しその応用可能性を議論する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度得られた主な成果を以下に示す。
（１）カルシウムシリサイド(CaSi2)薄膜の合成および熱電物性評価：スパッタリング法を用い、高抵抗Si(111)基板上にCaSi2薄膜の形成を試みた。6R-CaSi2 006, 0012, 0015, 0018に帰属されるX線回折ピークが観測された。6R-CaSi2 0012のピーク位置からc軸長を算出したところバルク（3.060 nm）に対して0.2%大きな値が得られた。これは6R-CaSi2薄膜とSi基板の間に存在する格子ミスマッチ（～4%）に由来すると考えられる。熱電物性を室温で測定したところ、パワーファクターは9.6 μV/cmK2と先行研究に比べると低い値であったが、低温領域においてフォノンドラッグ起因のゼーベック係数の増大が見られることを発見した。
（２）水素修飾ゲルマネン(GeH)薄膜の熱安定性評価：Ge(111)基板上に合成したGeH薄膜試料を用い、水素脱離する際の加熱条件と結晶構造の相関をX線回折法により調査した。超高真空中では300℃程度までの加熱であれば、当該材料特有の層状構造が破壊されないことが判明した。先行研究の熱安定性（H2/Ar雰囲気中では75℃で非晶質化）を大きく上回る、インパクトある成果である。
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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
(2 results)
Research Products
(12 results)
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[Presentation] Synthesis of multilayer two-dimensional group-IV flakes and nanosheets2022
Author(s)
M. Kurosawa, M. Itoh, Y. Ito, K. Okada, A. Ohta, M. Araidai, K. O. Hara, Y. Ando, S. Yamada, S. Shibayama, M. Sakashita, O. Nakatsuka
Organizer
33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)
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