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2021 Fiscal Year Annual Research Report

溶液プロセスによる原子層物質のトポロジカル状態発現と巨視的制御

Research Project

Project/Area Number 20H02574
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

桐谷 乃輔  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80568030)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords原子層半導体 / 溶液プロセス / 分子接合処理
Outline of Annual Research Achievements

近年注目を集める遷移金属カルコゲナイド(TMDC)は、トポロジカル相を示す物質群として知られている。ただし、大気下で安定なTMDC結晶の多くは半導体特性(1Hや2H相)を示し、トポロジカル相ではない。本研究では、温和かつスケーラブルな「溶液化学プロセス」を用いて、量子トポロジカル相を作製するための分子化学技術を拓くことを目的としている。このための課題として、TMDCにおいてトポロジカル相(1T'相)へと如何に変化させるか、があげられる。既往研究において、TMDCへの高キャリア濃度の注入が有効であると示唆されている。本年度は、電子ドナー性の分子接合によるTMDCへの電子注入能の評価、さらに低温における輸送特性の測定を実施した。実験として、TMDCの一つであるMoS2の電界効果トランジスタを作製し、ビオロゲン系分子種を作製したトランジスタへと処理をした。分子接合処理を行なった結果、室温において縮退した電子状態を確認した。このトランジスタに対して、伝導度の温度依存性を測定したところ、温度の低下に伴い伝導度の上昇を確認した。このことは、分子接合に伴い、MoS2は半導体から金属的な状態へと変化していることを意味する。従って、分子化学手法による、MoS2への高濃度電子注入の可能性が示唆された。上記の実験結果に加えて、興味深い現象を確認した。トランジスタのゲート電圧依存性において、伝導度の振動状態が観測された。従来、伝導度はゲート電圧に依存した単調な変化を示すことから、異なる挙動である。この伝導度の振動現象の要因として、量子的な状態が絡んでいると考えている。分子化学的な処理を絡めた物質に特徴的な現象が発現している可能性を視野にいれ、量子的な伝導現象発現の可能性を模索するに至っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

低温における伝導度の温度依存性を実施するための分子接合したTMDCデバイスを作製し、評価を行った。この点は当初の予定通りである。さらに、極低温における興味深い伝導挙動を見出したとことからも、順調に進んでいると評価をした。

Strategy for Future Research Activity

TMDC結晶に対してキャリア濃度を高濃度変調させる必要がある。従って、さらなる分子技術の進展が必要と考えている。この技術の延長上に、TMDCの相を任意に制御する技術へ近づけるものと期待をしている。加えて、新たに見出した伝導度の振動現象について、さらに検証をする必要がある。例えば、物質内部において均一に電子状態が変化しているのか、など要因を探ってゆく。

  • Research Products

    (30 results)

All 2022 2021

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 7 results)

  • [Journal Article] Single-layered assembly of vanadium pentoxide nanowires on graphene for nanowire-based lithography technique2022

    • Author(s)
      A. Fukui, Y. Aoki, K. Matsuyama, H. Ichimiya, R. Nouchi, K. Takei, A. Ashida, T. Yoshimura, N. Fujimura, D. Kiriya
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 33 Pages: 075602

    • DOI

      10.1088/1361-6528/ac3615

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Metallic transport in monolayer and multilayer molybdenum disulfides by molecular surface-charge transfer doping2022

    • Author(s)
      Matsuyama Keigo, Aoki Ryuya, Miura Kohei, Fukui Akito, Togawa Yoshihiko, Yoshimura Takeshi, Fujimura Norifumi, Kiriya Daisuke
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      Volume: 14 Pages: 8163-8170

    • DOI

      10.1021/acsami.1c22156

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strong Photoluminescence Enhancement from Bilayer Molybdenum Disulfide via the Combination of UV-irradiation and Superacid Molecular Treatment2021

    • Author(s)
      Yuki Yamada, Takeshi Yoshimura, Atsushi Ashida, Norifumi Fujimura, Daisuke Kiriya
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 11 Pages: 3530

    • DOI

      10.3390/app11083530

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photoconductive Coordination Polymer with a Lead-Sulfur Two-Dimensional Coordination Sheet Structure2021

    • Author(s)
      Yoshinobu Kamakura, Chinatsu Sakura, Akinori Saeki, Shigeyuki Masaoka, Akito Fukui, Daisuke Kiriya, Kazuyoshi Ogasawara, Hirofumi Yoshikawa, Daisuke Tanaka
    • Journal Title

      Inorganic chemistry

      Volume: 60 Pages: 5436-5441

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.0c03801

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultralarge Photoluminescence Enhancement of Monolayer Molybdenum Disulfide by Spontaneous Superacid Nanolayer Formation2021

    • Author(s)
      Y. Yamada, Y. Zhang, H. Ikeno, K. Shinokita, T. Yoshimura, A. Ashida, N. Fujimura, K. Matsuda, and D. Kiriya
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      Volume: 13 Pages: 25280-25289

    • DOI

      10.1021/acsami.1c04980

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Organic Thin-film Solar Cells Using Benzotrithiophene Derivatives Bearing Acceptor Units as Non-Fullerene Acceptors2021

    • Author(s)
      K. Matsumoto, K. Yamashita, Y. Sakoda, H. Ezoe, Y. Tanaka, T. Okazaki, M. Ohkita, S. Tanaka, Y. Aoki, D. Kiriya, S. Kashimura, M. Maekawa, T. Kuroda-Sowa, T. Okubo
    • Journal Title

      Eur. J. Org. Chem.

      Volume: 7 Pages: 4620-4629

    • DOI

      10.1002/ejoc.202100178

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 原子層半導体と分子性化合物の融合機能化2021

    • Author(s)
      桐谷乃輔, 藤村紀文
    • Journal Title

      材料

      Volume: 70 Pages: 721-726

    • DOI

      10.2472/jsms.70.721

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Electronic state modulation of two-dimensional layered materials by interface engineering with molecules2022

    • Author(s)
      Daisuke Kiriya
    • Organizer
      第62回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 分子融合が魅せる原子層物質の機能エンジニアリング2022

    • Author(s)
      桐谷 乃輔
    • Organizer
      日本学術振興会  先進セラミックス第124委員会 第167回研究会
    • Invited
  • [Presentation] ホスフィン分子の極薄膜形成によるMoS2への電子ドーピング2022

    • Author(s)
      四谷 祥太郎, 津留崎 陽大, 吉村 武, 藤村 紀文,桐谷 乃輔
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Bright Photoluminescence from Transition Metal Dichalcogenides by spontaneous formation of a superacid molecular film2021

    • Author(s)
      Daisuke Kiriya
    • Organizer
      Global Summit and Expo on Graphene and 2D Materials (2DMAT2021)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultralarge Photoluminescencein Superacid-Treated Transition-Metal Dichalcogenides and Stabilization in Ambient Environment2021

    • Author(s)
      Daisuke Kiriya
    • Organizer
      Global Summit and Expo on Materials Science and Nanoscience (GSEMSN-2021)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecular Chemistry to Achieve Large Photoluminescence Enhancement in Transition Metal Dichalcogenides2021

    • Author(s)
      Daisuke Kiriya
    • Organizer
      240th The Electrochemical Society(ECS) Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecule-based Carrier Modulation in Transition Metal Dichalcogenides2021

    • Author(s)
      Daisuke Kiriya
    • Organizer
      nternational Meet & Expo on Graphene And Carbon Nanostructures (Graphenemeet2021)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Convection-flow-assisted synthesis of neutral benzyl viologen for strong modulation of transition metal dichalcogenides2021

    • Author(s)
      Keigo Matsuyama, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura and Daisuke Kiriya
    • Organizer
      3rd Online International Conference on Chemistry and Nanosciences
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Organic-Polymer Coated Superacid-Treated Tungsten Disulfide with Air-Stable Strong Photoluminescence Intensity2021

    • Author(s)
      Takahiro Nakahara,Takeshi Yoshimura,Norifumi Fujimura,Daisuke Kiriya
    • Organizer
      2021 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sonication-based selective removal of mechanically-exfoliated bulk MX2 flakes on the substrate2021

    • Author(s)
      Tatsuya Nakamoto,Takeshi Yoshimura,Norifumi Fujimura,Daisuke Kiriya
    • Organizer
      2021 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] N,N'-dimethylformamide sensor in a contaminated solution based on the specific interaction on molybdenum disulfide2021

    • Author(s)
      Akito Fukui,Hiroaki Onoe,Shun Itai,Keiko Ishikura,Hidekazu Ikeno,Yuh Hijikata,Jenny Pirillo,Takeshi Yoshimura,Norifumi Fujimura,Daisuke Kiriya
    • Organizer
      2021 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Layer-Number Dependence of Metallic Transport Behavior in MoS2 by Molecular Charge Transfer Doping2021

    • Author(s)
      Keigo Matsuyama,Takeshi Yoshimura,Norifumi Fujimura,Daisuke Kiriya
    • Organizer
      2021 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ロバストな量子ビット実現に向けた有機/無機接合デバイス2021

    • Author(s)
      松山 圭吾,吉村 武,藤村 紀文,桐谷 乃輔
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第43回研究会
  • [Presentation] 二次元半導体の液中高発光化を実現するイオン界面の構築2021

    • Author(s)
      木村 大輔,福井 暁人,吉村 武,芦田 淳,藤村 紀文,桐谷 乃輔
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第43回研究会
  • [Presentation] ~1 nm 厚の単層半導体の選択的な単離手法の開拓2021

    • Author(s)
      中本 竜弥,松山 圭吾,吉村 武,藤村 紀文,桐谷 乃輔
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第43回研究会
  • [Presentation] 極薄の透明発光デバイス実現に向けた層状半導体の安定な超高発光化2021

    • Author(s)
      中原 隆宏,山田 悠貴,芦田 淳,吉村 武,藤村紀文,桐谷 乃輔
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第43回研究会
  • [Presentation] 強ドナー性分子の接合によるMoS2の金属転移と伝導機構の考察2021

    • Author(s)
      松山 圭吾, 吉村 武, 藤村 紀文, 桐谷 乃輔
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] イオン性溶液下における二硫化モリブデンの電子状態の変調2021

    • Author(s)
      木村 大輔, 吉村 武, 芦田 淳, 藤村 紀文, 桐谷 乃輔
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] パラフィン被覆によるWS2発光強度向上のメカニズムの考察2021

    • Author(s)
      中原 隆宏, 吉村 武, 藤村 紀文, 桐谷 乃輔
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 2次元層状物質の超音波印加による薄層選別法のメカニズム考察2021

    • Author(s)
      中本 竜弥, 吉村 武, 藤村 紀文, 桐谷 乃輔
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 無機イオン混合イオン性液体によるMoS2の電界変調2021

    • Author(s)
      望月 陸, 松山 圭吾, 福井 暁人, 吉村 武, 藤村 紀文, 桐谷 乃輔
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Modulation of electronic states in two-dimensional semiconductors by bowl-shaped molecules2021

    • Author(s)
      Shotaro Yotsuya, Akito Fukui, Akihiro Tsurusaki, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Daisuke Kiriya
    • Organizer
      第61回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [Presentation] 原子層物質と分子の自発的な接合形成2021

    • Author(s)
      桐谷 乃輔
    • Organizer
      WPI-MANA Virtual City of Workshops 有機エレクトロニクスワークショップ
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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