2017 Fiscal Year Annual Research Report
Revolutionary heat phonon engineering based on advanced graphene NEMS technology
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16K13650
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
水田 博 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90372458)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノマシン / 先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / 熱工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数ミクロンスケールの大面積グラフェンNEMSを安定的に作製するプロセスを開発し、シリコン基板上に電極付き大面積グラフェン両持ち梁NEMS構造（幅・長さ～4 μm）を作製した。その大面積グラフェン両持ち梁をビーム径～0.3 nmの収束ヘリウムイオンビームを用いて直接ミリング加工することにより、ナノ孔直径3 - 4 nm、孔間隔～10 nmの２次元周期ナノ孔構造（グラフェンフォノニック結晶）を形成することに成功した。イオンビーム加工に要した時間は約７分であり、加工中のドリフトによる２次元構造の乱れは無視できるほど小さいことを確認した。また、３次元有限要素法を用いたグラフェンフォノニック結晶のシミュレーションから、形成されるフォノニックバンドギャップの帯域と孔寸法・間隔依存性を明らかにした。
作製したグラフェンフォノニック結晶素子の２端子電気特性を室温～150 Kの温度領域で測定し、隣接するナノ孔間ネック領域での量子閉じ込め効果に起因する室温でのバンドギャップ形成と、低温でのトランスポートギャップ増大を観測した。これはヘリウムイオンビーム裾によってナノ孔周辺に生じた局所的ダメージ（点欠陥）に起因するものと考えられる。
また、原子レベルでのナノ孔形状乱れを取り入れたアトムスケールフォノン分散スペクトル計算を実施し、ナノ孔周辺での形状乱れに伴うフォノン空間分布の変化が孔エッジから数原子の範囲に留まり、フォノン分散関係への影響も小さいことを見出した。
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[Journal Article] Graphene Nanomechanical Resonator Mass Sensing of Mixed H2/Ar Gas2018
Author(s)
Muruganathan Manoharan、Seto Fumihiro、Mizuta Hiroshi、School of Material Science, Japan Advanced Institute of Science and Technology Nomi 923-1211, Japan、Hitachi Cambridge Laboratory, Cambridge, United Kingdom
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Journal Title
International Journal of Automation Technology
Volume: 12
Pages: 24～28
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 広帯域顕微コヒーレントフォノン分光法の開発2018
Author(s)
田岡 裕貴, 神島 悠司, 奈良 脩平, 嵐田 雄介, 小川 真一, Mayeesha Haque, Marek Schmidt, Manoharan Muruganathan, 水田 博, 片山 郁文, 武田 淳
Organizer
第65回応用物理学会春季学術講演会 2018年3月17日-20日、早稲田大学西早稲田キャンパス・ベルサール高田馬場, 東京
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