Elucidation of structure, properties, and function of oxide nanosheets by coupling Raman spectroscopy and first-principles calculations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01769
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: TANIGUCHI Takaaki 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (50583415)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横井 裕之 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 准教授 (50358305) ; 馬 仁志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (90391218)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ナノシート / 層状酸化物 / ラマン分光 / 第一原理計算

Outline of Final Research Achievements

Oxide nanosheets obtained by exfoliation of layered oxides have developed as new functional nanomaterials. However, possible alternation in crystal structure and electronic state triggered by exfoliation have not been clarified. In this study, we attempted to solve the above problem by developing Raman spectroscopy and first-principles calculation techniques for oxide nanosheets. We developed a method to measure Raman spectra of oxide nanosheets and investigated structural modeling. As a result, we obtained Raman spectra consistent with experimental and theoretical calculations, and proposed a reasonable structural model and electronic state of oxide nanosheet.

Free Research Field

無機ナノ材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グラフェンを皮切りに、遷移金属カルコゲナイド、フォスフォレン等、新原子層が見出され、世界が驚くような新物性や既存材料を凌駕した高機能性が報告され続けている。ラマン分光はこれらの2次元物質の構造や電子状態を評価するうえで欠かせない研究手法となっている。一方、酸化物ナノシートについてはラマン散乱についての論文は報告されていない。
今後とも酸化物ナノシート関連の材料開発は世界中で活発に行われると予想されるが、本研究を開始点としてラマン分光が基幹評価技術として発展することは間違いない。さらに、我々が提示した第一原理計算による構造モデリングは、理論研究を加速させると期待される。