2016 Fiscal Year Annual Research Report
ふく射熱エネルギー捕集を目指した原子スケール二次元材料による熱電変換の研究
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16F16315
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長尾 忠昭 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー・MANA主任研究者 (40267456)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
DAO THANG 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-11-07 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ光材料 / エネルギー / 赤外線 / 表界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、狭帯域で、偏光依存性の無い完全吸収構造を用いた高効率な光電変換デバイスを開発する。これまで実績のある金属絶縁体-金属構造に加えて、新たな構造、材料を探索し、これらを高効率な赤外光源やセンサーとして用いる方法を開発する。また、高い移動度を持つグラフェンにナノ加工を施し、赤外光に対するアンテナとして動作させつつ、そのアンテナに形状異方性を持たせつつ電荷の動きにも異方性を持たせたデバイスを作成する。ふく射光のエネルギーはアンテナ内に集中し強く局在した電荷振動を生じるが、このときの電荷の動きに異方性を持たせることで、整流作用を持たせて電流を創出することも可能と予想される。異方性をもつグラフェン構造がそのような高速動作が可能なダイオード様の構造として動作可能かどうかを検証し、これを足がかりに、原子レベルの創エネルギーデバイスの可能性を探究する。さらに、このような基礎物性と機能性の検証と並行して、狭帯域な赤外光源や光検出器としての応用も広く検討し、フレキシブルデバイスも視野に入れつつ新たなデバイスの実証を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、ホスト研究室のプラズモニックデバイス・ナノデバイスの製作技術と、特別研究員の持つ計測技術・解析技術と合成技術とを効果的に組み合わせ、中赤外・遠赤外光を利用した創エネルギーデバイスの開発研究を行う。たとえば、グラフェンのマイクロ形状の制御を通して中赤外光・遠赤外光を直接に電気へと変換する赤外エネルギーハーベスターもその中の一つの提案であり、特別研究員が昨年に成功させたサブミクロンスケールのレーザ描画による可能技術をグラフェンなどに応用することを検討している。本年度はグラフェンのサブミクロンスケール加工に着手し、それを用いたデバイスを幾つか製作した。そのうちの一つとしてSiナノピラー構造と合わせた表面増強ラマン散乱用の材料を製作し、博士学生と共著で論文の投稿を予定している。このように、研究の基盤となりうる技術を開発し、アンテナ構造を製作を開始する段階に進んだ。開始後4か月の進捗としては、大きな成果はないが、基盤整備としては十分なレベルと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、ホスト研究室のプラズモニックデバイス・ナノデバイスの製作技術と、候補者の持つ計測技術・解析技術と合成技術とを効果的に組み合わせ、中赤外・遠赤外光を利用した創エネルギーデバイス開発における挑戦的なテーマである。これまでのナノフォトニクス材料研究を評価面物性と原子スケール2次元物質に展開し、さらに飛躍させるために、グラフェンと中赤外完全吸収体デバイスとを組み合わせた新たなグラフェンナノデバイスの研究を提案している。昨年度は初年度であり、特別研究員Thang DAO博士はグラフェンのマイクロ加工を成功させ、ラマン・赤外顕微鏡を用い、マイクロ加工された後のグラフェンが十分髙品質で高い電子移動度を持つことを確認している。今後は本研究で目指す発電デバイスの設計と製作に着手する予定である。このためには、グラフェンへの良好な金属コンタクトの製法の確立と、アンテナ構造への加工後に生じる欠陥の抑制あるいはヒーリング処理方法などの基盤技術の開発について着手し、その基礎的なメカニズムも含めて研究を進める予定である。
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