2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of electron microscopy for atomic-scale characterization of low-dimensional heterostructures
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22K04886
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 雄太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90392620)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ナノ構造 / ナノチューブ / 層状物質 / 電子顕微鏡 / 電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ナノチューブや原子膜など一次元や二次元のナノ物質の複合化によって作製される低次元ヘテロ構造を対象として、これらを構成する個々の原子を可視化すると同時に、その元素や電子状態を特定するための分析技術の確立を目的としている。具体的には、原子膜物質に生じた面内ヘテロ接合における局所的原子配置や、各層が異なる物質で構成された多層原子膜や多層ナノチューブなどのファンデルワールス（vdW）ヘテロ構造について、低加速（走査型）透過電子顕微鏡（(S)TEM）による原子レベル構造評価に取り組む。また高精度の電子エネルギー損失分光（EELS）分析により、低次元ヘテロ構造がもたらす電子特性や光特性などの物性変調のメカニズムの解明を目指す。
実施二年目である令和五年度は、低加速STEM-EELSによる一次元vdWヘテロ構造の原子レベル構造評価に着手した。具体的には、窒化ホウ素（BN）ナノチューブの内部空間や外表面上に遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）ナノチューブを成長させた同軸多層ナノチューブ試料を対象として、それらの一次元vdWヘテロ構造の可視化と元素識別に取り組んだ。典型的なTMDCである二硫化モリブデン（MoS2）や二硫化タングステン（WS2）のみならず、二種類の金属元素（Mo、W）が共存する二硫化物であるMo(1-x)WxS2がBNナノチューブの外表面上に成長し、vdWヘテロ構造を生じることが確認された。またBNナノチューブの外側に成長させたMoS2ナノチューブに対するセレン化処理により、最外層の硫黄原子の一部がセレン原子に置換されることを確認し、内外両面でカルコゲン元素が異なるいわゆるJanus構造を有するMoSSeナノチューブの実現可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題ではこれまでの二年間で、一次元ならびに二次元のヘテロ構造を有する複合ナノ物質に対して低加速STEM-EELS分析を実施しており、原子レベル構造や元素分布の可視化を進めるなど知見を集積しつつある。これまでに得られた成果の一部は既に論文として公表されている。また、これら一連の観察実験に必要な装置や試薬などの物品等に関しても、本課題の予算によって概ね計画通りに導入され、本研究の遂行のために活用されている。以上の状況を踏まえて、本研究課題は現在までおおむね順調に進展しているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
実施三年目となる令和六年度も、引き続き低加速(S)TEM-EELSによる低次元ヘテロ構造の原子レベル構造評価を主軸として研究を推進する。とくに本年度は、金属元素またはカルコゲン元素が異なるTMDCナノチューブどうしの接合構造や多層構造など、さらに複雑なヘテロ構造を観察対象とする研究を行い、STEM-EELSの新規応用を図る予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度は当初計画に沿って概ね順調に研究が進行しており、高純度ガスならびに試薬類の消費量が当初想定量をやや下回ったため、消耗品費に若干の繰り越しを生じることとなった。次年度使用額は物品購入費に組み入れて、次年度の研究において必要となる試薬等の消耗品の購入に充当する計画である。
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