Functional devices of graphene using isotope engineering

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K19037
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nano/Micro science and related fields
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: Arie Takayuki 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80533017)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: グラフェン / 熱電変換 / フォノン

Outline of Final Research Achievements

Graphene is one of the potential candidates for next-generation electronic devices due to its high electrical mobility, mechanical strength, and flexibility. Here, we introduced carbon isotope atoms, 13C, into graphene networks during growth using chemical vapor deposition to investigate their functions of devices with isotope interfaces. Introducing isotope interfaces into graphene may modify the electrical and thermal transport properties, resulting in the anisotropic electrical and thermal conductivities in the devices. We confirmed the transverse thermoelectric voltage caused by the anisotropicity of the graphene devices. The thermovoltage is proportional to the tilt angle of the interfaces and device aspect ratio, indicating that the induced voltage originates from transverse thermoelectric effect of the device.

Free Research Field

電子物理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来廃棄されてきた熱エネルギーを再利用できるという観点から、熱を電気に変換する熱電変換は現在非常に重要な技術の一つに位置づけられている。熱電変換の効率を向上させるためには、電気伝導能の向上ならびに熱伝導能の低下が必要不可欠であるが、両方を同時に満たす材料開発は現在のところ困難とされている。本研究で提案した同位体界面による電気・熱特性の異方性に起因した非対角熱電効果は、特性そのものの向上による熱電変換の高効率化のみならず、デバイスサイズの変更によっても変換効率の向上が可能であり、今後のデバイス設計指針を提供可能であるという点で、非常に意義深いと考えられる。