Beyondグラフェンを目指した新規原子膜技術の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289232
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 長田 実 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 准主任研究者 (10312258)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: ナノシート / 原子膜技術 / ２次元電子状態

Outline of Annual Research Achievements

次世代エレクトロニクス、さらには「Beyond Moore」デバイスの開発を目指した新しい試みとして、層状金属酸化物の単層剥離により得られる分子シート「酸化物ナノシート」に注目し、グラフェンを凌駕する新規原子膜材料の開発を行った。
これまで開発した高誘電性ナノシートの応用研究を推進し、現行材料を凌駕する超高容量の薄膜コンデンサを開発した。高誘電特性を有する酸化チタン、ペロブスカイトナノシートについて、単層での構造安定性について調べたところ、約800℃の高温まで構造相転移がなく、極めて高い熱安定性を有することを確認した。この知見をベースに、ナノシートの高温特性について検討したところ、ナノシート・コンデンサは300℃まで安定に動作し、高温電子素子応用に好適となることを確認した。
また高誘電性ナノシートの新しい試みとして、強電界固体素子などへの応用を進めた。この目的のために、従来評価が困難であった高誘電性ナノシートを光学的に評価する技術を開発し、層数評価と共に、ヘテロデバイスを構築する転写技術を確立した。この技術をベースに、ナノシート単体、半導体ナノシートとのヘテロ接合により各種FETデバイスを構築し、酸化物ナノシートの有する２次元電子状態、高移動度、高誘電率などの物性的優位性が活躍する原子膜デバイス技術を開発した。
さらに、異なる機能のナノシートの積層集積により、構造と電子状態を精密に制御した人工超格子を構築し、鉛フリー人工強誘電体、強誘電性／強磁性ナノシートのマルチフェロイック材料、巨大磁性効果を示す磁性プラズモン材料、近赤外領域で負の屈折率を示すメタマテリアル、誘電体ナノシートをベースとしたアクチュエータ材料など、グラフェンや他の２次元材料では実現しえない高次機能材料の開発に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] コロンビア大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: コロンビア大学
• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/台湾成功大学(台湾)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: 国立台湾大学/台湾成功大学
• [Int'l Joint Research] 南京大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 南京大学
• [Int'l Joint Research] シンガポール国立大学(シンガポール)
  • Country Name: SINGAPORE
  • Counterpart Institution: シンガポール国立大学
• [Int'l Joint Research] 高麗大学/梨花女子大学/KIST(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 高麗大学/梨花女子大学/KIST
  • # of Other Institutions: 3
• [Journal Article] Hunting for monolayer oxide nanosheets and their architectures (2016)
  • Author(s): H-J. Kim, M. Osada, Y. Ebina, W. Sugimoto, K. Tsukagoshi, T. Sasaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 19402-1-9
  • DOI: 10.1038/srep19402
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thermally stable dielectric responses in uniaxially (001)-oriented CaBi4Ti4O15 nanofilms grown on a Ca2Nb3O10 nanosheet seed layer (2016)
  • Author(s): J. Kimura, I. Takuwa, M. Matsushima, T. Shimizu, H. Uchida, T. Kiguchi, T. Shiraishi, T. J. Konno, T. Shibata, M. Osada, T. Sasaki, H. Funakubo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 20713-1-9
  • DOI: 10.1038/srep20713
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Coexistence of magnetic order and ferroelectricity at 2D nanosheet interfaces (2016)
  • Author(s): B-W. Li, M. Osada, Y. Ebina, S. Ueda, T. Sasaki
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: N/A Pages: N/A
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tunable bandgap narrowing induced by controlled molecular thickness in 2D mica nanosheets (2015)
  • Author(s): S-S. Kim, T. V. Khai, V. Kulish, Y-H. Kim, H-G. Na, A. Katoch, M. Osada, P. Wu, H-W. Kim
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 27 Pages: 4222-4228
  • DOI: 10.1021/cm504802j
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermoresponsive actuation enabled by permittivity switching in an electrostatically anisotropic hydrogel (2015)
  • Author(s): Y. S. Kim, M. Liu, Y. Ishida, Y. Ebina, M. Osada, T. Sasaki, T. Hikima, M. Takata, T. Aida
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 14 Pages: 1002-1007
  • DOI: 10.1038/NMAT4363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-temperature dielectric responses of molecularly-thin titania nanosheet (2015)
  • Author(s): Y-H. Kim, M. Osada, L. Dong., H-J. Kim, T. Sasaki
  • Journal Title: J. Ceram. Soc. Jpn. Volume: 123 Pages: 335-339
  • DOI: 10.2109/jcersj2.123.335
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] セラミックス系ナノシートとエネルギー材料応用への期待 (2015)
  • Author(s): 長田 実, 佐々木高義
  • Journal Title: セラミックス Volume: 50 Pages: 628-632
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 無機ナノシートが拓く新しいキャパシタ技術 (2015)
  • Author(s): 長田 実, 佐々木高義
  • Journal Title: 粉砕 Volume: 57 Pages: 11-17
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Atomic LEGO games with 2D oxide nanosheets (2016)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: E-MRS Spring Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Lille Grand Palais, フランス
  • Year and Date: 2016-05-02 – 2016-05-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High-temperature dielectric materials from atomically-thin perovskites (2016)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: CICMT 2016
  • Place of Presentation: Sheraton Denver, 米国
  • Year and Date: 2016-04-19 – 2016-04-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 酸化物ナノシートが拓く新しい電子材料技術 (2016)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 日本電子材料技術協会 セミナー2016
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2016-02-01 – 2016-02-01
  • Invited
• [Presentation] Novel 2D materials from layered oxides (2016)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: 2nd International Conference on 2D Layered Materials
  • Place of Presentation: 香港理工大学, 香港
  • Year and Date: 2016-01-07 – 2016-01-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hierarchically structured assembly of inorganic nanosheets for tailored fusion materials (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: ハワイ国際会議場, 米国
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2D nanosheet architectonics for tailored electronics (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: ハワイ国際会議場, 米国
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2D oxide nanosheets: Emerging non-graphene materials (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Artificial design for perovskite ferroelectrics using nanosheet architectonics (2015)
  • Author(s): M.S. Khan, M. Osada, Y. Ebina, T. Sasaki
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高誘電性ペロブスカイトナノシートの高温安定性 (2015)
  • Author(s): H-J. Kim, M. Osada, Y. Ebina, T. Sasaki
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化物と金属の接合 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 第112回マイクロ接合研究委員会
  • Place of Presentation: 大阪大学医学・工研究科 東京ブラン
  • Year and Date: 2015-11-13 – 2015-11-13
  • Invited
• [Presentation] 2D oxide nanosheets and nanosheet-based electronics (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: IUMRS-ICAM 2015
  • Place of Presentation: ICC Jeju, 韓国
  • Year and Date: 2015-10-26 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ナノシート：原子膜技術がひらく新しい電子材料技術 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 第5回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2015-10-13 – 2015-10-15
  • Invited
• [Presentation] セラミックスナノクリスタルがつくる新しい誘電体技術 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-18
  • Invited
• [Presentation] 酸化物ナノシートの異常熱安定性とその応用 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-18
  • Invited
• [Presentation] 強磁性ナノシートと金ナノ粒子のハイブリッド集積と磁性プラズモン応用 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-18
  • Invited
• [Presentation] ２次元酸化物ナノシートのアーキテクニクスとその応用 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-16
  • Invited
• [Presentation] Solution-based room-temperature ceramic nanocoating using nanosheet deposition (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: PacRim-11
  • Place of Presentation: ICC Jeju, 韓国
  • Year and Date: 2015-08-30 – 2015-09-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecullary thin film electronics based on oxide nanosheets (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: PacRim-11
  • Place of Presentation: ICC Jeju, 韓国
  • Year and Date: 2015-08-30 – 2015-09-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hierarchically Structured Assembly of ceramic nanocrystals for tailored artificial materials (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: 2nd Nano-APP
  • Place of Presentation: Hotel Habakuk, スロベニア
  • Year and Date: 2015-06-23 – 2015-06-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2D Oxide Nanosheets: A New Platform for Ceramic nanocoating (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: Advanced in Functional Coating /11th CMCEE
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Vancouver, カナダ
  • Year and Date: 2015-06-14 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hierarchically structured assembly of 2D nanosheets for tailored electronic materials (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: ICCCI 2015
  • Place of Presentation: 倉敷ロイヤルアートホテル
  • Year and Date: 2015-06-07 – 2015-06-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2D oxide nanosheets and heterostructures (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: Taiwan Consortium of Emergent Crystaline Materials
  • Place of Presentation: Hotel Royal Chiaohsu, 台湾
  • Year and Date: 2015-05-29 – 2015-05-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2D perovskie nanosheet: A new platform for high-tempearture electronics (2015)
  • Author(s): Y-H. Kim, M. Osada, T. Sasaki
  • Organizer: INC 11
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化物ナノシートをベースとした分子膜技術とその応用 (2015)
  • Author(s): 長田 実
  • Organizer: 新化学技術協会 新素材分科会講演会
  • Place of Presentation: 新化学技術協会
  • Year and Date: 2015-04-28 – 2015-04-28
  • Invited
• [Presentation] 2D oxide nanosheets: New solution to nanoelectronics (2015)
  • Author(s): M. Osada
  • Organizer: 2015 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • Place of Presentation: Moscone West Convention, 米国
  • Year and Date: 2015-04-06 – 2015-04-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] ナノ空間材料ハンドブック「ナノシートで作る新しい空間材料」 (2016)
  • Author(s): 佐々木高義, 長田 実
  • Total Pages: 9
  • Publisher: エヌ・ティー・エス