2014 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
25000003
|
Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
岩佐 義宏 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (20184864)
|
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋光 純 青山学院大学, 理工学部, 教授 (80013522)
渡邊 正義 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (60158657)
塚崎 敦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50400396)
竹延 大志 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70343035)
|
Project Period (FY) |
2013-04-26 – 2018-03-31
|
Keywords | イオントロニクス / 電気二重層トランジスタ / 電子相制御 / イオン液体・ゲル / 超伝導 / 機能デバイス / 分子線エピタキシー |
Outline of Annual Research Achievements |
イオントロニクスの進展に向けた物質・物性・機能性の探索を行い、以下の成果を得た。 岩佐は、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)を対象に選び、そのイオントロニクス機能を探求した。その結果、電気二重層トランジスタ(EDLT)を用いた、電圧でスイッチ可能な円偏光発光光源の開発に成功した。また、その基礎になるスピン偏極したバンド構造を、スピン角度分解光電子分光によって、世界に先駆けて明らかにした。 竹延は、遷移金属ダイカルコゲナイド単層膜およびカーボンナノチューブ薄膜に電解質を組み合わせた各種機能性素子作製を行った。具体的には、CVD法を用いたMoSe2およびWSe2大面積多結晶膜の作製に成功し、これらを用いた光ディテクター・電気2重層トランジスタ・フレキシブルトランジスタの作製に成功した。並行して、機械的剥離法で作製した単結晶薄膜を用いた電気2重層トランジスタにより基礎的な実験も行い、単層・2層・3層の試料における違いを伝導特性の観点から明らかにした。 渡邉は、EDLTの、イオン伝導体層どなるイオン液体(IL)およびイオンゲルに関する研究を推進した。ILの基礎物性に関しては、既に知見が集積されて来ている典型的な非プロトン性イオン液体から、プロトン性イオン液体(PIL)、リチウム溶媒和イオン液体(Li-SIL)に焦点を移行して精査した。またこれらのイオン液体をブロック共重合体を用いてゲル化しイオンゲルを作製する方法を確立し、その構造と物性相間を明らかにした。 秋光はバルク結晶の作製技術、塚崎は薄膜作製技術を活用して、新しい固体材料系のイオントロニクスへの適用を試みている。特に、イオン液体と固体材料界面の電気化学反応を検証して、物性研究への新しい活用手法を探索している。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究2年目にあたる2014年度は、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)を用いた物理的機能開拓において、大きな進展があった。それは、世界に先駆けたTMD単層材料の特異な電子状態の解明(Nature Nanotechnology (2014))と、それを利用した新規デバイス、具体的には電圧によって制御可能な円偏光発光素子の実現(Science(2014))【岩佐グループ】、今後のCVD法による大面積膜合成とフォトディテクタへ応用(ACS Nano(2014))【竹延グループ】に成功したことがあげられる。本研究では、イオントロニクスの原理に基づき、物質の多様な機能性を実現することを目標の重要な柱に掲げている。上記の成果をまとめると、イオントロニクスの技術によって形成されるPN接合を用い、円偏光発光やその逆過程である光検出を実現したものである。特に印加電圧の符号によって円偏光が反転する発光素子は、電気二重層トランジスタというイオントロニクスの基幹素子を用いて形成される電界誘起PN接合によってはじめて実現したものである。そこには、当初の予想を超えた新たな円偏光発光機能が関与していることが分かっており、その意味で、2014年度は予想以上の発展があったと総括される。渡邊、秋光、塚崎グループも、それぞれイオン液体、固体、薄膜材料で特徴的な成果をあげており、今後のさらなる発展が期待できる。
|
Strategy for Future Research Activity |
岩佐は、イオントロニクスの機能開発を引き続き推進してゆく。2015年度は、前年度の成果である光機能の拡張とともに、熱電機能への展開と、超伝導の基礎物性・物質開発に注力する計画である。熱電機能については、半導体材料の性能最適化に、キャリヤ密度を広範囲に連続的に制御できる電気二重層トランジスタ(EDLT)が非常に有効であるため、これを実証し、熱電材料の開発等に貢献するとともに、イオントロニクスの拡張を図る。一方で、1年目に購入した薄膜作製装置を用いて、カルコゲナイド、酸化物薄膜を用いた超伝導開発、さらには、電界誘起超伝導の特徴的な物性の探索を行う。 秋光は、アルカリ金属化合物に着目した超伝導開発を計画している。Li-Rh-Si系やSiをGeに置換したLi-Ir-Geにおいても同様に3Kの超伝導が発見しており、本系をベースとした更なる超伝導探索を実施していく。そのための物質開発は、古典的イオントロニクスである電気化学を中心に展開し、超伝導特性および結晶構造解明を含めた超伝導研究を精力的に進めていく。 渡邉は、PIL、Li-SILを用いたプロトン、リチウムイオンの挿入による新たな電子物性発現を期待している。岩佐グループは用いる電子伝導体の選択とEDLT特性の評価を、渡邉グループはこれらIL界面の電気二重層容量測定や、界面電気化学反応の検証を担当する。物理と化学の新たな融合領域であるが、反応による電子伝導体の相転移変化が見出されれば研究は新たなステージ、すなわち電気化学反応を包含したより広範なイオントロニクスという概念提示に至ると期待される。 塚崎は、イオン液体を用いた薄膜電気二重層トランジスタ(EDLT)の新しい活用方法を開拓する。これまでの物性研究では、主に静電的な電荷生成手法としてEDLTは活用されてきており、電気化学反応の抑制された条件で研究が行われてきた。本研究では、電気化学反応を積極的に活用することで、超薄膜の物性研究に活用できることを示す。具体的には、超薄膜FeSeの高温超伝導現象の原理解明と二次元伝導性の誘起に適用する。 竹延は、遷移金属ダイカルコゲナイドおよびカーボンナノチューブに関する研究をさらに推進し、イオンを用いたトランジスタや論理回路を作製を柔軟な基板上に液相法を用いて実現する。同時に、新しい機能性素子試作にも力を入れ、熱電素子および発光素子の作製を行う。また、材料の拡張を目指し、有機材料を用いたイオントロニクス実現にも着手する。
|
Research Products
(137 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Valley-dependent spin polarization in bulk MoS2 with broken inversion symmetry2014
Author(s)
R. Suzuki, M. Sakano, Y.J. Zhang, R. Akashi, D. Morikawa, A. Harasawa, K. Yaji, K. Kuroda, K. Miyamoto, T. Okuda, K. Ishizaka, R. Arita, Y. Iwasa
-
Journal Title
Nature Nanotechnology
Volume: 9
Pages: 611-617
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Monolayer MoSe2 Grown by Chemical Vapor Deposition for Fast Photodetection2014
Author(s)
Yung-Huang Chang, Wenjing Zhang, Yihan Zhu, Yu Han, Jiang Pu, Jan-Kai Chang, Wei-Ting Hsu, Jing-Kai Huang, Chang-Lung Hsu, Ming-Hui Chiu, Taishi Takenobu, Henan Li, Chih-I Wu, Wen-Hao Chang, Andrew Thye Shen Wee, and
-
Journal Title
ACS Nano
Volume: 8
Pages: 8582-8590
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Distinct substrate effects on the gate-induced metallic states in VO2 thin films2015
Author(s)
M. Nakano, D. Okuyama, M. Mizumaki, H. Osumi, M. Yoshida, T. Arima, M. Takata, M. Kawasaki, Y. Tokura, Y. Iwasa
Organizer
The March Meeting 2015 of the American Physical Society
Place of Presentation
Henry B. Gonzalez Convention Center, San Antonio, Texas, U.S.A.
Year and Date
2015-03-06
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Superconductivity series of ion-gated transition metal dichalcogenides2015
Author(s)
W. Shi, J.T. Ye, Y.J. Zhang, R. Suzuki, M. Yoshida, N. Inoue, Y. Saito, Y. Iwasa
Organizer
The 2015 March Meeting of the American Physical Society(APS)
Place of Presentation
Henry B. Gonzalez Convention Center, San Antonio, Texas, U.S.A.
Year and Date
2015-03-02
-
-
-
[Presentation] Exciton spectroscopy in 3R-MoS22015
Author(s)
R. Suzuki, S. Bordacs, R. Akashi, O. Masayuki, R. Arita, Y. Tokura, Y. Iwasa
Organizer
The 48th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
Place of Presentation
The University of Tokyo, Tokyo
Year and Date
2015-02-23
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Mechanical control of Magnetic Skyrmion2015
Author(s)
Y. Nii, A. Kikkawa, T. Nakajima, Y. Taguchi, T. Arima, Y. Tokura, and Y. Iwasa
Organizer
1st Symposium for the Promotion of Applied Research Collaboration in Asia
Place of Presentation
Sunworld Dynasty Hotel Taipei, Taipei, Taiwan
Year and Date
2015-02-11
Invited
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Ambipolar transistor and superconductivity in TMDs2014
Author(s)
W. Shi, J.T. Ye, Y.J. Zhang, R. Suzuki, M. Yoshida, N. Inoue, Y. Saito, Y. Iwasa
Organizer
Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
Place of Presentation
Hotel Limani, Ushimado, Okayama
Year and Date
2014-11-09
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Emergent Iontronics2014
Author(s)
Yoshihiro Iwasa
Organizer
IGER Workshop on Molecular Electronics for Young Researchers
Place of Presentation
Nagoya University, Nagoya, Aichi
Year and Date
2014-10-22
Invited
-
-
[Presentation] Superconductivity series of ion-gated TMDs2014
Author(s)
W. Shi, J.T. Ye, Y.J. Zhang, R. Suzuki, M. Yoshida, N. Inoue, Y. Saito, Y. Iwasa
Organizer
FET2014 International Workshop on Field-Effect Transistors and Functional Interfaces
Place of Presentation
Mitsui Garden Hotel, Kashiwa, Chiba
Year and Date
2014-10-20
-
-
[Presentation] Control of phase transitions in TMDs2014
Author(s)
Masaro Yoshida, Yijin Zhang, Jianting Ye, Ryuji Suzuki, Yasuhiko Imai, Shigeru Kimura, Akihiko Fujiwara, Yoshihiro Iwasa
Organizer
FET2014
Place of Presentation
Mitsui Garden Hotel, Kashiwa, Chiba
Year and Date
2014-10-20
-
-
-
-
[Presentation] Valley-Dependent Spin Polarization in Bulk MoS2 with Broken Inversion Symmetry2014
Author(s)
R. Suzuki, M. Sakano, Y.J. Zhang, R. Akashi, D. Morikawa, A. Harasawa, K. Yaji, K. Kuroda, K. Miyamoto, T. Okuda, K. Ishizaka, R. Arita, Y. Iwasa
Organizer
FET2014 International Workshop on Field-Effect Transistors and Functional Interfaces
Place of Presentation
Mitsui Garden Hotel, Kashiwa, Chiba
Year and Date
2014-10-17
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Spin-valley physics in 2D crystals2014
Author(s)
Yoshihiro Iwasa
Organizer
The 2014 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
Place of Presentation
Tsukuba Internatinoal Congress Center, Tsukuba, Ibaraki
Year and Date
2014-09-09
Invited
-
-
-
-
[Presentation] 3R-MoS2の励起子2014
Author(s)
R. Suzuki, S. Bordacs, R. Akashi, O. Masayuki, R. Arita, Y. Tokura, Y. Iwasa
Organizer
日本物理学会 2014年秋季大会
Place of Presentation
中部大学春日井キャンパス(愛知県春日井市)
Year and Date
2014-09-07
-
-
-
-
-
[Presentation] Valley-Dependent Spin Polarization in Bulk MoS2 with Broken Inversion Symmetry2014
Author(s)
R. Suzuki, M. Sakano, Y.J. Zhang, R. Akashi, D. Morikawa, A. Harasawa, K. Yaji, K. Kuroda, K. Miyamoto, T. Okuda, K. Ishizaka, R. Arita, Y. Iwasa
Organizer
The 47th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
Place of Presentation
Nagoya University, Nagoya, Aichi
Year and Date
2014-09-04
Invited
-
-
-
-
-
[Presentation] Emergent Iontronics2014
Author(s)
Yoshihiro Iwasa
Organizer
William Mong Nano Seminar Series
Place of Presentation
The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China
Year and Date
2014-08-04
Invited
-
-
-
-
[Presentation] Magnetic thermal diode2014
Author(s)
Y. Nii, A. Kikkawa, N. Kanazawa, Y. Taguchi, Y. Tokura, and Y. Iwasa
Organizer
The lst CEMS Topical Research Camp on Energy conversion
Place of Presentation
HEARTPIA Atami, Atami, Shizuoka
Year and Date
2014-07-17
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-