原子層ヘテロ接合部の超高空間分解能振動情報・発光特性解析

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05413
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 猪瀬 朋子 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10772296)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 雲林院 宏 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40519352) ; 宮田 耕充 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (80547555)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 探針増強ラマン散乱(TERS) / 探針増強蛍光(TEF) / 遷移金属カルコゲナイド(TMD)

Outline of Annual Research Achievements

ヘテロ接合を有する遷移金属カルコゲナイド(TMD)二次元原子層材料は、そのヘテロ接合部の物理・化学的情報の原子レベルでの解明が、さらなる微細化を可能にする次世代半導体デバイス実用化の重要な鍵となる。本研究では、代表者が開発した、先端形状の直径が25nm以下の独自のAgNWを利用して、１光子励起探針増強ラマン散乱(TERS)・２光子励起探針増強蛍光(TEF)の同時測定を実現することで、原子層ヘテロ界面における格子歪み/原子組成と電子状態の関係を、5 nm以下の超高空間分解能で明らかにすることを目的とする。
2020年度は、超高空間分解能でのTERSおよびTEF測定が可能な光学系システムの構築を行い、実際にこれらの測定が可能な環境を整えた。さらに、TERS/TEF測定に用いる銀ナノワイヤープローブの改良を行った。具体的には銀ナノワイヤー表面に金を薄く被覆し、プローブの酸化耐性の向上を試みた。金の被覆量を変えたプローブを用いてTERS測定を行うことで、長時間測定に最適な金被覆濃度を検討した。その結果、これまでのプローブを用いた場合と比較して、プローブの金被覆により、1本のプローブで繰り返しマッピングできる回数が向上することを確認した。
並行して2020年度はバルク状態のヘテロ構造を有しないTMDシートおよびヘテロ構造を有するTMDシートのラマン・発光スペクトルマッピングを取得することで、バルク状態においてTMDシート上のスペクトルピークシフトやピーク強度にどのようなばらつきがあるのか確認を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2020年度は、当初の予定通りTERSおよびTEFを測定可能な光学系システムを構築し、TERS, TEF測定が可能な環境を整えた。また、これまでよりも安定して測定を行うための金被覆ナノワイヤープローブ作製条件最適化とプローブ性能の評価を行い、金を被覆することでこれまでよりも安定した長時間測定を可能にした。
また、ヘテロ構造を持つTMD試料を、これまでよりも安定して合成可能な合成条件の検討も進んでおり、本研究は予定通り進んでいるものと考える。

Strategy for Future Research Activity

2021年度は当初の予定通り、ヘテロ構造を持つTMD試料のTERS/TEF測定を行う。格子定数に変化のないMoS2/WS2に加えて、接合部分の格子定数が異なるMoS2/MoSe2の測定を行うことで、界面の組成や歪みの変化を明らかにする。

Causes of Carryover

2020年度はコロナウイルスの影響により予定していた共同研究先への打合せのための出張がすべてオンラインとなったため、次年度使用額が生じた。
2021年度は、打合せおよび学会参加のための出張を予定している。