| 研究領域 | ２．５次元物質科学：社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト |
|---|
| 研究課題/領域番号 |
21H05236
|
|---|
| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
|
|---|
| 研究機関 | 大阪大学 |
|---|
研究代表者 |
越野 幹人 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60361797)
|
|---|
| 研究分担者 |
高村 由起子 (山田由起子) 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90344720)
笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
蒲 江 東京工業大学, 理学院, 准教授 (00805765)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2026-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
|
| 配分額 *注記 |
154,310千円 (直接経費: 118,700千円、間接経費: 35,610千円)
2024年度: 27,430千円 (直接経費: 21,100千円、間接経費: 6,330千円)
2023年度: 33,670千円 (直接経費: 25,900千円、間接経費: 7,770千円)
2022年度: 29,900千円 (直接経費: 23,000千円、間接経費: 6,900千円)
2021年度: 35,490千円 (直接経費: 27,300千円、間接経費: 8,190千円)
|
|---|
| キーワード | 2.5次元物質 / 二次元物質 / トポロジカル物質 / モアレ超格子 / ファンデルワールス接合 / グラフェン / ファンデルワールスヘテロ接合 / ２次元物質 / 遷移金属カルコゲナイド / ２.５次元物質 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
学術変革領域研究(A)「２.５次元物質科学」では、二次元物質の角度を制御した積層、層間ナノ空間での特異構造、面内での異種接合などの「２.５次元」という新たな視点に基づいて、それら特異な系を舞台とした新たな電子/光/フォノン物性とそれがもたらす新機能創発を目標とする。これを実現するため、２.５次元物質の理論設計と物性予測、２.５次元物質の開発、ならびに２.５次元物質の物性探索と機能開拓に取り組み、領域内および領域間の共同研究を通じて、２.５次元物質の学理構築につなげる。
|
| 研究実績の概要 |
((1) グラフェン/hBN系におけるモアレフォノン、ツイスト二層グラフェンにおけるモアレ周期乱れの効果についての理論研究をおこなった。またモアレ理論を新物質へ拡張し、トポロジカル絶縁体ツイスト積層における1次元界面状態を見出した。また実験グループとの共同研究により、2次元NbSe2が、2次元強磁性体V5Se8とのvdW界面で自発的なスピン分極を持つ強磁性基底 状態を形成することを実証した。
(2)薄膜成長装置に新たにイオン銃を導入することでセンチメートルスケールのZrB2薄膜上シリセン/六方晶窒化ホウ素試料を作製する目処がついた。また、グローブボックスを導入することで移送時の大気曝露を抑制した試料の原子分解能顕微鏡観察が可能となるなど装置整備が進んだ。国際共同研究により、新たに正方格子のIV族単元素二次元材料の安定性と物性を第一原理電子状態計算より明らかにした。
(3)新奇物性を示す2.5次元物質の開拓：種々の van der Waals 層状物質について高品質な単結晶の開発を推進した。それらを用いて2.5次元ヘテロ積層構造体を作製する技術も領域内共同研究として開発した。その技術を活用することにより、トポロジカル半金属として知られる WTe2を対象にして、自然には存在しない van der Waals 積層様式をもつ2.5次元物質を創製し、その電子構造も領域内共同研究で解明することに成功した。
(4) 2.5次元物質において歪みによるモアレ制御技術の構築 : 歪み効果を導入したヘテロ構造の作製技術を確立し、ピエゾAFMによりモアレパターンの直接観測を可能にした。これにより、歪み強度・方位を変調することで、モアレパターンの連続的な構造制御に成功し、既存手法では作製できないような対称性や次元性を有するモアレ超格子を実現した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
モアレ理論によるフォノンの記述が可能になった。同時に従来のモアレ系を超え、トポロジカル絶縁体のツイスト系の理論が発展した。また、領域内の共同研究が進み、高品質な単結晶（笹川）を用いた2.5次元ヘテロ積層構造体や、シリセン/六方晶窒化ホウ素試料の作製が可能となった。
|
| 今後の研究の推進方策 |
2.5次元モアレ準周期物質の基礎物性理論の構築を行うととともに、多様な物質材料の高品質な2.5次元物質の作成、物性制御技術 の開発に取り組む。具体的な目標は以下の通りである。
(1) 2.5次元物質の物性理論の構築: モアレ2層系を超えて、モアレツイスト3層系の物性理論を確立する。具体的には3層系のモアレ・オ ブ・モアレ構造における格子緩和を明らかにし、緩和構造下での電子状態計算する。
(2) 3次元物質+2次元物質=2.5次元物質の創製と新奇構造・物性開拓:非平衡プロセスを介して三次元物質である単結晶基板上にの み形成しうる準安定二次元物質(2.5次元物質)の成長を行う。
(3)3次元から迫る2.5次元物質の量子物性開拓:多種多様なvdW単結晶素材を開発・蓄積し、2.5次元物質の 量子物性開拓に3次元から迫る。トポロジカル・ジョセフソン接合の実現に向けたvdW超伝導体や、トポロジカル・シフト電流の評価に向けたv dW絶縁体の開発に特に注力する。
(4) 2.5次元物質のモアレ制御による光機能デバイス : 多様な2.5次元ヘテロ構造の光学特性の解明と光デバイスの作製を行う。特に、前 年度に確立した歪み効果を導入したヘテロ・モアレ子超格子において、顕微・分光測定により、構造制御と電子構造変化 及び偏光特性の相関を実験・理論両面から理解を行う。
|
