グラフェンの構造ならびに物性の制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 13J07288
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 小川 友以 九州大学, 先導物質化学研究所, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: グラフェン / 電子構造エンジニアリング / 長周期構造 / 二層グラフェン / 積層角度 / ヘテロ構造 / CVD合成 / ドメイン構造 / ドメイン境界 / キャリア輸送特性 / π共役系分子 / 自己組織化

研究実績の概要

本研究では、次世代エレクトロニクス・スピントロにクス材料として注目されるグラフェンについて応用の可能性を広げることを目指し、「電子構造を制御したグラフェンの創製法の探索」を目標とし研究に取り組んだ。具体的には、これまでの結晶方位を制御した単層グラフェンの合成の成果を活かし、長周期構造を与えるCu(111)面上でのグラフェンの成長条件の探索、および積層角度を制御した二層グラフェン(twisted bilayer graphene, tBLG)の作製と評価を行った。
長周期構造の制御にはグラフェンのCu(111)面に対する配向に加え、成長速度と成長圧力のコントロールが重要であることが分かった。
tBLGについては、方位が一方向にそろった単層グラフェンを合成しそれらを転写によって重ね合わせることによって、±1°の精度で人工的に積層角度を制御しtBLGを得ることに成功した。さらにCu薄膜上にtBLGを創製し、Nano-ARPESによるバンド構造の評価を行った結果、二つのDirac coneが重なり、また相互作用によって新たなバンドを形成していることが観察された。これらの結果は、今後のグラフェンデバイスの発展に重要な新しい知見であると考えられる。
また、原子層厚さかつ機械的にフレキシブルなデバイスデバイスの作製に向けた検討として、Cu箔上にCVD成長したグラフェンをSiO2/Si基板に転写しMOCVD法と組み合わせることによって、面内ヘテロ構造を持つグラフェン-二硫化モリブデン（MoS2）の合成を実現した。
これらの研究は、海外渡航制度を利用し、主にアメリカ合衆国コーネル大学化学科に滞在して共同研究を行い、より多角的に検討を進めることができたためと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Structure and transport properties of the interface between CVD-grown graphene domains (2014)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Kastuyoshi Komatsu, Kenji Kawahara, Masaharu Tsuji, Kazuhito Tsukagoshi, Hiroki Ago
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6 号: 13 ページ: 7288-7294
  • DOI: 10.1039/c3nr06828e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polycrystalline graphene with single crystalline electronic structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Lola Brown, Edward B. Lochocki, Jose Avila, Cheol-Joo Kim, Yui Ogawa, Robin W. Havener, Dong-Ki Kim, Eric J. Monkman, Daniel E. Shai, Haofei I. Wei, Mark P. Levendorf, Maria Asensio, Kyle M. Shen, Jiwoong Park
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 14 号: 10 ページ: 5706-5711
  • DOI: 10.1021/nl502445j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lattice-Oriented Catalytic Growth of Graphene Nanoribbons on Heteroepitaxial Nickel Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ago, Izumi Tanaka, Yui Ogawa, Rozan Mohamad Yunus, Masaharu Tsuji, Hiroki Hibino
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 7 号: 12 ページ: 10825-10833
  • DOI: 10.1021/nn405122r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dense Arrays of Highly Aligned Graphene Nanoribbons Produced by Substrate-Controlled Metal-Assisted Etching of Graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Pablo Solis Fernandz, Kazuma Yoshida, Yui Ogawa, Masaharu Tsuji, Hiroki Ago
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 25 ページ: 6562-6568
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembly of polar phthalocyanine molecules on graphene grown by chemical vapor deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Andrew Thye Shen Wee, Chen Wei, Hiroki Ago
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 42 ページ: 21849-21855
  • DOI: 10.1021/jp406681j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial Growth and Electronic Properties of Large Hexagonal Graphene Domains on Cu (111) Thin Film (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ago, Kenji Kawahara, Yui Ogawa, Shota Tanoue, Mark A. Bissett, Masaharu Tsuji, Hidetsugu Sakaguchi, Roland J. Koch, Felix Fromm, Thomas Seyller, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6
  • 査読あり
• [学会発表] Ultra flat CVD-grown graphene for stacking method (2014)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Lola Brown, Cheol-Joo Kim, Masaharu Tsuji, Hiroki Ago, Jiwoong Park
  • 学会等名: MRS Fall meeting 2014
  • 発表場所: Hynes convention center, Boston, MA, the US
  • 年月日: 2014-12-04
• [学会発表] Aligned graphene with single crystalline electronic structure on 6 inch Cu foil (2014)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Lola Brown, Edward B. Lochocki, Jose Avila, Cheol-Joo Kim, Robin W. Havener, Dong-Ki Kim, Eric J. Monkman, Daniel E. Shai, Haofei I. Wei, Mark P. Levendorf, Maria Asensio, Kyle M. Shen, Jiwoong Park
  • 学会等名: Gordon Research Conferences; Graphitic Carbon Materials, Chemistry and Physics of
  • 発表場所: Bates College, Lewiston, ME, the US
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-19
• [学会発表] Molecular self-assembly on CVD graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Andrew Thye Shen Wee, Chen Wei, Hiroki Ago
  • 学会等名: 10th International Symposium on Novel Carbon Resource Sciences
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区(福岡県春日市)
  • 年月日: 2013-12-02
• [学会発表] Epitaxial growth and electronic properties oflarge hexagonal graphene domains on Cu (111) thin film (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ago, Kenji Kawahara, Yui Ogawa, Shota Tanoue, Mark A. Bissett, Masaharu Tsuji, Hidetsugu Sakaguchi, Roland J. Koch, Felix Fromm, Thomas Seyller, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials 2013 (SSDM2013)
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Transport properties and defects at the intersection of CVD graphene domains (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Kenji Kawahara, Masahiro Miyashita, Masaharu Tsuji, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi, Hiroki Ago
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials 2013 (SSDM2013)
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Self-sssembly of phthalocyanine molecules on CVD graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Chen Wei, Hiroki Ago
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] Self-sssembly of polar phthalocyanine molecules on CVD graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Chen Wei, Hiroki Ago
  • 学会等名: Recent Progress on Graphene Research (RPGR2013)
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] Study on Domain Boundaries of Merged Hexagonal Domains in CVD Graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Kenji Kawahara, Masahiro Miyashita, Masaharu Tsuji, Katsuyoshi Komatsu, Kazuhito Tsukagoshi, Hiroki Ago
  • 学会等名: International Conference on Materials for Advanced Technologies 2013 (ICMAT2013)
  • 発表場所: Suntec Singapore, International Convention & Exhibition Centre (Singapore, Singapore)
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Molecular self-assembly on CVD graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Ogawa, Tianchao Niu, Swee Liang. Wong, Masaharu Tsuji, Chen Wei, Hiroki Ago
  • 学会等名: 2nd NUS-IMCE Bilateral Workshop
  • 発表場所: National University of Singapore (Singapore, Singapore)
• [備考] Carbon Electronics Group at Kyushu University
  • URL: http://ago.cm.kyushu-u.ac.jp/index-e.html
• [備考] The Park Lab at Cornell University
  • URL: http://park.chem.cornell.edu/
• [備考] 九州大学カーボンエレクトロニクスグループ
  • URL: http://nano.cm.kyushu-u.ac.jp/AGO/indexago.html
• [備考] 辻・吾郷研究室
  • URL: http://nano.cm.kyushu-u.ac.jp/