Exploring materials science based on embedding low-dimensional electronic states
| Project/Area Number |
23H05469
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section E
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
北浦 良 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 (50394903)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 一成 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)
岩崎 拓哉 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, 独立研究者 (50814274)
岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
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| Project Period (FY) |
2023-04-12 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥204,230,000 (Direct Cost: ¥157,100,000、Indirect Cost: ¥47,130,000)
Fiscal Year 2024: ¥43,550,000 (Direct Cost: ¥33,500,000、Indirect Cost: ¥10,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥50,960,000 (Direct Cost: ¥39,200,000、Indirect Cost: ¥11,760,000)
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| Keywords | 二次元半導体 / 二次元ヘテロ構造 / 固体物性 / 光物性 / 量子技術 / 超構造 / 機能開拓 / 量子ドット / 二次元超構造 / 先端薄膜成長 |
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| Outline of Research at the Start |
ゼロ次元状態を自在に配列することができれば、強相関物性といった基礎科学から量子技術応用にわたる広範な領域にインパクトを与えることができる。本研究では、先端薄膜成長と高精度マニピュレーション技術を組み合わせた「独自のナノ構造制御技術」を基盤に、二次元ヘテロ構造中に低次元状態を自在に埋め込む技術を開発するとともに、先端分光計測、電気伝導計測、第一原理計算を組み合わせることで、ゼロ次元状態の配列に基づく新たな物質科学を展開すること目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、計画通り低次元電子状態の埋め込み法の確立を主として研究を進めた。具体的には、有機金属化学気相成長(MOCVD)法を用いた二次元ヘテロ構造の原子スケールの成長制御とナノデバイス作製を組み合わせた手法の開拓である。これを進めるに当たり、初めに装置の移設を行った。これは、昨年度に代表者が名古屋大学から物質・材料研究機構へ異動したことに伴うもので、MOCVD法の装置を一度解体したのち再構築することに時間を要することとなった。これに伴い、すべての配管をチェックしなおし問題のある個所を新品に置き換えるとともに、原料のボトル内の圧力を一定にするためのプレッシャーレギュレータを設置し、各原料ラインへの逆止弁の設置や質量分析計の追加などのアップグレードを実施した。これによってリークの有無や原料の供給量がリアルタイムで監視できるようになり、より制御性が高まった。また、上記した移設・アップグレードと並行して新しいMOCVD装置の開発も進め、成長チャンバー、フローコントローラ、原料供給系などの主要な部分の設置を完了した。この新しいMOCVD装置では成長チャンバーのシャワーヘッド部のデザインを変更し、より原料が混合しやすくなるようにするとともに、ラマン分光による成長過程のその場観察を実施するために必要となる観察ポートを増設してある。
上記した装置の整備に加えて、種々の接合系の構造解析と第一原理計算によるキャリア蓄積の解析を行った。構造解析では、原子分解能電子顕微鏡観察とイメージシミュレーションを組み合わせることで、ナノスケール接合構造の実現を明らかにした。また、キャリア蓄積の解析では、ゲート電圧の印加によってナノスケールの接合構造に特徴的な0および1次元のキャリア蓄積が起きることを明らかにした。いずれも、次年度以降の研究の基盤となる知見である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
代表者の異動が合ったにも関わらず、装置の移設および拡張を行い再稼働にこぎつけることができた。さらに新たな装置の設置も行い、次年度以降の研究の基盤を築くことができた。以上から、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、初年度に築いた基盤をもとに多様な接合系を構築しその構造解析と光・電気特性の解明を進めていく。本年前半は、再構築した成長装置を使って種々の接合系を作製しその構造解析と光学特性の観測を進め、接合系に特徴的な励起状態の観測とその電場制御を行っていきたい。
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Report
(3 results)
Research Products
(33 results)
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[Journal Article] Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides2024
Author(s)
M. Kaneda, W. Zhang, Z. Liu, Y. Gao, M. Maruyama, Y. Nakanishi, H. Nakajo, S. Aoki, K. Honda, T. Ogawa, K. Hashimoto, T. Endo, K. Aso, T. Chen, Y. Oshima, Y. Yamada-Takamura, Y. Takahashi, S. Okada,T. Kato, and Y. Miyata
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 18
Issue: 4
Pages: 2772-2781
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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