極限ナノ物質の複合化による新奇創発量子物性の誘起とその応用

• 研究課題/領域番号: 15H05408
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 宮内 雄平 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10451791)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2015年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / アップコンバージョン発光 / 励起子 / バイオイメージング / 原子層物質 / ヘテロ構造 / ナノ材料 / ナノチューブ・フラーレン / 光物性 / 人工積層構造 / 複合化

研究成果の概要

本研究では、カーボンナノチューブや原子層半導体に代表される極限的に細く薄いナノ物質の人工的複合構造化により、ナノ物質固有の物性を超える優れた創発量子物性の探索と、その応用の開拓を行った。その中心的成果として、細長い擬１次元構造を持つカーボンナノチューブに人工的な欠陥導入を行うことで０次元的な準位を導入した１次元-0次元複合カーボンナノチューブにおいて、低エネルギーの光を吸収し、高エネルギーの光を放出する「アップコンバージョン発光」現象が高い効率で生じることを見出し、そのメカニズムを解明した。

研究成果

• [国際共同研究] National University of Singapore(Singapore)
• [国際共同研究] Rice University(米国)
• [雑誌論文] Evidence for line width and carrier screening effects on excitonic valley relaxation in 2D semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi, S. Konabe, F. Wang, W. Zhang, A. Hwang, Y. Hasegawa, L. Zhou, S. Mouri, M. Toh, G. Eda, K. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 印刷中
  • NAID: 120006488629
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Self-Aligned and Scalable Growth of Monolayer WSe2-MoS2 lateral heterojunctions (2018)
  • 著者名/発表者名: M-Y. Li, J. Pu, J-K. Huang, Y. Miyauchi, K. Matsuda, T. Takenobu, and L-J Li
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 28 号: 17 ページ: 1706860-1706860
  • DOI: 10.1002/adfm.201706860
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Long radiative lifetimes of excitons in monolayer transition-metal dichalcogenides MX2 (M = Mo, W; X = S, Se) (2018)
  • 著者名/発表者名: N. B. Mohamed, H. E. Lim, F. Wang, S. Koirala, S. Mouri, K. Shinokita, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 1 ページ: 015201-015201
  • DOI: 10.7567/apex.11.015201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization-sensitive and broadband germanium sulfide photodetectors with excellent high-temperature performance (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Tan, W. Zhang, X. Wang, K. Sandhaya, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 9 号: 34 ページ: 12425-12431
  • DOI: 10.1039/c7nr03040a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal dissociation of inter-layer excitons in MoS2/MoSe2 hetero-bilayers (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Mouri, W. Zhang, D. Kozawa, Y. Miyauchi, G. Eda and K. Matsuda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 9 号: 20 ページ: 6674-6679
  • DOI: 10.1039/c7nr01598d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of photoluminescence quantum yield of monolayer WSe2 using reference dye of 3-borylbithiophene derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Baizura Mohamed, F. Wang, H. En Lim, W. Zhang, S. Koirala, S. Mouri, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Status. Solidi. B 巻: 254 号: 2 ページ: 1600563-1600563
  • DOI: 10.1002/pssb.201600563
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of biexcitonic emission at extremely low power density in tungsten disulfide atomic layers grown on hexagonal boron nitride (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Okada, Y. Miyauchi, K. Matsuda, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Shinohara, and R. Kitaura
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 7 号: 1 ページ: 322-322
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00068-0
  • NAID: 120006305891
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical Doping Modulation of Nonlinear Photoluminescence Properties in Monolayer MoS2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Mouri,Yuhei Miyauchi, and Kazunari Matsuda,
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 9 号: 5 ページ: 055202-055202
  • DOI: 10.7567/apex.9.055202
  • NAID: 210000137900
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-Chirality Separation and Optical Properties of (5,4) Single-Wall Carbon Nanotubes (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiaojun Wei, Takeshi Tanaka, Naoto Akizuki, Yuhei Miyauchi, Kazunari Matsuda, Mari Ohfuchi, and Hiromichi Kataura
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 120 号: 19 ページ: 10705-10710
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b03257
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evidence for fast interlayer energy transfer in MoSe2/WS2 heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kozawa, A. Carvalho, I. Verzhbitskiy, F. Giustiniano, Y. Miyauchi, S. Mouri, A. H. Castro Neto, K. Matsuda, and G. Eda
  • 雑誌名: Nano letters 巻: 16 号: 7 ページ: 4087-4093
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00801
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly stable perovskite solar cells with an all-carbon hole transport layer (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Wang, M. Endo, S. Mouri. Y. Miyauchi, Y. Ohno, A. Wakamiya, Y. Murata, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8 号: 23 ページ: 11882-11888
  • DOI: 10.1039/c6nr01152g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning of the photoluminescence and up-conversion photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by chemical functionalization (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, S. Minami, Y. Takehana, J-S. Dang, S. Aota, K. Matsuda, Y. Miyauchi, M. Yamada, M. Suzuki, R-S. Zhao, X. Zhaod, S. Nagase
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8 号: 38 ページ: 16916-16921
  • DOI: 10.1039/c6nr04214g
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Growth and optical properties of Nb-doped WS monolayers (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki, Y. Kobayashi, Z. Liu, K. Suenaga, Y. Maniwa, Y. Miyauch, Y. Miyata
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 7 ページ: 071201-071201
  • DOI: 10.7567/apex.9.071201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Construction of Covalent Organic Nanotubes by Light-Induced Cross-Linking of Diacetylene-Based Helical Polymers (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaho Maeda, Liu Hong, Taishi Nishihara, Yusuke Nakanishi, Yuhei Miyauchi, Ryo Kitaura, Naoki Ousaka, Eiji Yashima, Hideto Ito,* and Kenichiro Itami*
  • 雑誌名: J. Am. hem. Soc. 巻: 138 号: 34 ページ: 11001-11008
  • DOI: 10.1021/jacs.6b05582
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells by Interfacial Engineering Using Solution-Processed Polymer Layer (2016)
  • 著者名/発表者名: Feijiu Wang, Ai Shimazaki, Fengjiu Yang, Kaito Kanahashi, Keiichiro Matsuki, Yuhei Miyauchi, Taishi Takenobu, Atsushi Wakamiya, Yasujiro Murata, and Kazunari Matsuda
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 212 号: 3 ページ: 1562-1568
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upconversion photoluminescence imaging and spectroscopy of individual single-walled carbon nanotubes (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Aota, N. Akizuki, S. Mouri, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 雑誌名: Applied Phyiscs Express 巻: 9 号: 4 ページ: 045103-045103
  • DOI: 10.7567/apex.9.045103
  • NAID: 210000137859
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and In Situ Transmission Electron Microscope Characterization of Free-Standing Graphene Nanoribbon Devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Q. Wang, R. Kitaura, S. Suzuki, Y. Miyauchi, K. Matsuda, Y. Yamamoto, S. Arai, H. Shinohara
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 10 号: 1 ページ: 1475-1480
  • DOI: 10.1021/acsnano.5b06975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homogeneous linewidth broadening and exciton dephasing mechanism in MoTe2 (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Koirala, S. Mouri, Y. Miyauchi, K. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 7 ページ: 075411-075411
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.075411
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tunable electronic correlation effects in nanotube-light interactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi, Z. Zhang, M. Takekoshi, Y. Tomio, H. Suzuura, V. Perebeinos, V. V. Deshpande, C. Lu, S. Berciaud, P. Kim, J. Hone, T. F. Heinz
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 20 ページ: 205407-205407
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.205407
  • NAID: 120005712921
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient near-infrared up-conversion photoluminescence in carbon nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Akizuki, S. Aota, S. Mouri, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 8920-8920
  • DOI: 10.1038/ncomms9920
  • NAID: 120005670980
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced photovoltaic performances of graphene/Si solar cells by insertion of MoS2 thin film (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsuboi, F.Wang, D. Kozawa, K. Funahashi, S. Mouri, Y. Miyauchi, T. Takenobu, K. Matsuda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 7 号: 34 ページ: 14476-14482
  • DOI: 10.1039/c5nr03046c
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Photoluminescence properties of monolayer MoS2 in an aqueous solution (2018)
  • 著者名/発表者名: W. Zhang, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Near-infrared luminescence thermometric imaging using carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Hachiya, S. Okudaira, Y. Konno, Y. Maeda, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: 第54回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Photoluminescence properties of twisted bilayer transition metal dichalcogenides (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Shimasaki, W. Zhang, X. Wang, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: 第54回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] 単層WSe2 における励起子バレー分極の緩和機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平,小鍋哲,王飛久,長谷川勇介, 毛利真一郎, 松田一成
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Upconversion photoluminescense spectra of carbon nanotubes in mice tissues (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Okudaira, Y. Iizumi, M. Yudasaka, T. Okazaki, K. Matuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
  • 年月日: 2017-03-01
• [学会発表] Optical spectroscopy on monolayer transition metal dichalcogenides immersed in an aqueous solution (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Zhang, Y. Hasegawa, K. Matsuda, .Y. Miyauchi
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
  • 年月日: 2017-03-01
• [学会発表] 単層カーボンナノチューブの励起子光物性とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: ナノカーボン研究会
  • 発表場所: 野地温泉ホテル
  • 年月日: 2017-01-16
  • 招待講演
• [学会発表] Up-conversion photoluminescence of CNTs and its enhancement by defect engineering (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮内 雄平
  • 学会等名: Defect Chemistry and Physics of Low Dimensional Materials(TSRC workshop)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低次元ナノ物質の光物性工学とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 第24回京都大学宇治キャンパス産学交流会
  • 招待講演
• [学会発表] 原子層物質のバレー励起子光物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 応用電子物性分科会 研究例会-二次元層状物質研究の最前線-
  • 招待講演
• [学会発表] Linewidth and carrier screening effects on exciton valley relaxation in monolayer transition metal dichalcogenides (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi
  • 学会等名: The 3rd International Conference on 2D Materials and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子層物質の励起子バレー緩和 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: CUPALワークショップ トポロジカル物質・原子層物質の新規物性
  • 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブのアップコンバージョン発光を用いた広視野イメージングの分解能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥平早紀, 飯泉陽子, 岡崎俊也, 松田一成, 宮内雄平
  • 学会等名: 第53回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] カーボンナノチューブのアップコンバージョン発光を用いた近赤外領域の光温度計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八谷健吾,奥平早紀, 紺野優以, 前田優, 松田一成, 宮内雄平
  • 学会等名: 第53回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Substrate and sample dependent exciton transport properties in monolayer transition metal dichalcogenides (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Zhang, A. Hwang, T. Saito, Y. Kobayashi, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Miyata, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: 第53回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Up-conversion photoluminescence imaging and spectroscopy of carbon nanotubes in mice tissues (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Okudaira, Y. Iizumi, M. Yudasaka, T. Okazaki, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: 第七回ナノカーボンバイオシンポジウム
• [学会発表] Near-infrared up-conversion photoluminescence imaging of carbon nanotubes in mice tissues (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Okudaira, Y. Iizumi, M. Yudasaka, T. Okazaki, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia 2017
• [学会発表] カーボンナノチューブの近赤外アップコンバージョン発光とその応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 日本分光学会近赤外分光部会 第12回 シンポジウム
  • 発表場所: 近畿大学 東大阪キャンパス
  • 年月日: 2016-12-22
  • 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブの新たな光機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 平成２８年度第２回カーボンナノ材料研究会
  • 発表場所: 大阪科学技術センター
  • 年月日: 2016-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Upconversion photoluminescense imaging of carbon nanotubes in mice tissues (2016)
  • 著者名/発表者名: Saki Okudaira, Masako Yudasaka, Yoko Iizumi, Toshiya Okazaki, Kazunari Matuda, Yuhei Miyauchi
  • 学会等名: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター かでる2・7
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] Valley polarization mapping in transition metal dichalcogenides heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Hasegawa, Shinichiro Mouri, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi
  • 学会等名: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター かでる2・7
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] Polarization-resolved photoluminescence spectroscopy on monolayer transition metal dichalcogenides under electrostatic gating (2016)
  • 著者名/発表者名: Wenjin Zhang, Yusuke Hasegawa, Shinichiro Mouri, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi
  • 学会等名: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター かでる2・7
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] カーボンナノチューブの近赤外アップコンバージョン発光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 電子情報技術部会・エレクトロニクス交流会応用技術企画WG 講演会
  • 発表場所: 新化学技術推進協会
  • 年月日: 2016-06-06
  • 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブにおける励起子の物理と工学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 第50回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
  • 年月日: 2016-02-20
  • 招待講演
• [学会発表] 単層遷移金属ダイカルコゲナイドの偏光分解発光マッピング (2016)
  • 著者名/発表者名: 長谷川勇介, 王 飛久, 青田駿, 毛利 真一郎, 松田 一成, 宮内 雄平
  • 学会等名: 第50回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール
  • 年月日: 2016-02-20
• [学会発表] カーボンナノチューブの光物性工学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: ナノカーボン研究部門ワークショップ2015
  • 発表場所: 東京理科大学神楽坂キャンパス理科大学神楽坂キャンパス
  • 年月日: 2016-01-13
  • 招待講演
• [学会発表] Emergent optical phenomena in carbon nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Miyauchi
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 単層カーボンナノチューブのアップコンバージョン発光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青田駿, 秋月直人,毛利真一郎, 松田一成, 宮内雄平
  • 学会等名: 第26回 光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学 百年記念会館
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] ナノカーボン・原子層物質の光機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平
  • 学会等名: 第19回 VBL シンポジウム（2015年度）
  • 発表場所: 名古屋大学フロンティアプラザ
  • 年月日: 2015-11-09
  • 招待講演
• [学会発表] Upconversion photoluminescence properties of individual single-walled carbon nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Aota, N. Akizuki, Y. Ogawa, S. Mouri, K. Matsuda, Y. Miyauchi
  • 学会等名: The 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT15)
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of efficient upconversion photoluminescence of carbon nanotubes under one-photon excitation conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi, N. Akizuki, S. Mouri, K. Matsuda
  • 学会等名: WONTON’15 (6th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy)
  • 発表場所: Kloster Banz, Germany
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Efficient Upconversion Photoluminescence of Single-Walled Carbon Nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi, K. Matsuda
  • 学会等名: 227th ECS Meeting
  • 発表場所: Chicago, Illinois, California, USA
  • 年月日: 2015-05-24
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/conv/miyauchi/indexj.html
• [備考]
  • URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/conv/miyauchi/indexj.html