2021 Fiscal Year Annual Research Report
Heat phonon engineering based on single-nanometer-scale graphene NEMS technology
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18H03861
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 淳 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60202165)
森田 行則 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (60358190)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | NEMS / グラフェン / フォノンエンジニアリング / ナノイオンビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タスク【T1】：集束ヘリウムイオンビームミリング(HIBM)技術を用いて、宙吊りグラフェンチャネル上で局所的にナノ孔周期アレイ（グラフェンフォノニック結晶：GPnC）を歩留まり良く形成するプロセス技術を構築し、様々な対称・非対称GPnC構造デバイスを作製した。並行して、３次元有限要素計算によるフォノンバンド構造解析と、分子動力学シミュレーションを用いた非平衡フォノン分布解析を行い、局所フォノン状態密度および温度分布と【T3】で観測した熱整流作用との相関を明らかにした。
タスク【T2】：CVDグラフェン膜をSiO2(300 nm)/Si基板上に転写し、単層から10層のグラフェン領域に対しGモードおよび2Dモードの高周波ラマン信号の励起強度依存性を計測した。ファノ共鳴の非対称性から電子・電子、電子・フォノンカップリングを明らかにした。また、STMにより宙吊りGPnCのトンネル分光測定を行い、GPnC外のグラフェン領域ではディラック電子の分散を反映した電子状態が観測されたのに対し、GPnC上ではエネルギーギャップの形成を室温で観測することに成功した。
タスク【T3】・【T4】：長さ500 nm、幅1200 nmの宙吊りグラフェンチャネルを形成した後、HIBM技術で直径5～6 nm, ピッチ30 nmの局所GPnC構造を作製し、その両端に電気・熱測定用４端子電極を備えたナノフォノニックデバイスを作製した。環境制御型プローブステーションを用い、環境温度100 ～ 300 Kにおいて、独自に開発したDifferential Thermal Leakage(DTL)法による宙づりグラフェンチャネルの熱伝導を評価した結果、局所GPnC側に熱源を置いた場合に熱伝導率が高くなる非対称性を観測した。その結果、環境温度150 Kで80%超、250 Kで 60%超の高い熱整流率を得ることに成功した。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Interfacial Ammonia Selectivity, Atmospheric Passivation, and Molecular Identification in Graphene-Nanopored Activated Carbon Molecular-Sieve Gas Sensors2021
Author(s)
Gabriel Osazuwa Agbonlahor, Manoharan Muruganathan, Sankar Ganesh Ramaraj, ZHONGWANG Wang, Hammam Ahmed, Afsal Kareekunnan,Hisashi Maki, Masahi Hattori, Kenichi Shimomai, Hiroshi Mizuta
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 13
Pages: 61770-61779
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Room-temperature negative magnetoresistance of helium-ion-irradiated defective graphene in the strong Anderson localization regime2021
Author(s)
Takuya Iwasaki, Shu Nakamura, Osazuwa G. Agbonlahor, Manoharan Muruganathan, Masashi Akabori, Yoshifumi Morita, Satoshi Moriyama, Shinichi Ogawa, Yutaka Wakayama, Hiroshi Mizuta, Shu Nakaharai
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Journal Title
Carbon
Volume: 175
Pages: 87-92
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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