強電場下における２次元層状物質の新規物性の探索

• 研究課題/領域番号: 17K05500
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 後藤 秀徳 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (90322669)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: グラフェン / 電界効果 / 二次元層状物質 / バンド制御 / イオン液体 / 電子移動 / 自己組織化単分子膜 / 分子吸着 / 物性実験 / メゾスコピック系 / 低温物性 / マイクロ・ナノデバイス / ２次元電子系

研究成果の概要

垂直電界下の二次元層状物質の電子物性を調べるため、電子移動と電界効果の方法を上下面から様々に組み合わせた。単層/二層グラフェンへの分子吸着による電子移動の方法では、電界が局所的にしか加わらないこと、グラフェンの移動度が低下することという欠点があることを示した。一方で、イオン液体を分子と反対面に置くと一様電界を作りやすいこと、また、イオン化しても移動度を低下させない分子の傾向があることを示し、これらの欠点を改善する方法を明らかにした。またトポロジカル絶縁体の電界効果として、電界の方向によって移動度が異なる現象を見出し、これが低温での半導体・金属転移と関連することを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電界下における電子物性の研究には、トポロジカル物質における新規電磁現象のように、未踏の領域が広く残っている。その研究のためには、強く一様な電界の発生方法を開発することが必要である。電子移動および電界効果の2つの方法を用いたわれわれの研究成果により、この課題を解決する方針が見いだされた。これにより、二次元層状物質における新規電子物性の開拓や、自由度の高い電界制御による新たな多機能デバイスの創出が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Superconducting behavior of a new metal iridate compound, SrIr2, under pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Xiaofan Yang, Huan Li, Tong He, Tomoya Taguchi, Yanan Wang, Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Rie Horie, Kazumasa Horigane, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Hirofumi Ishii, Yen Fa Liao, Hitoshi Yamaoka, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Journal of Physics Condensed Matter 巻: 32 号: 2 ページ: 025704-025704
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab4605
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inhomogeneous superconductivity in thin crystals of FeSe1－xTex (x=1.0, 0.95, and 0.9) (2020)
  • 著者名/発表者名: Ritsuko Eguchi, Megumi Senda, Eri Uesugi, Hidenori Goto, Akihiko Fujiwara, Yasuhiko Imai, Shigeru Kimura, Takashi Noji, Yoji Koike, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Materials Research Express 巻: 7 号: 3 ページ: 036001-036001
  • DOI: 10.1088/2053-1591/ab7c85
  • NAID: 120006825998
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication of flexible high-performance organic field-effect transistors using phenacene molecules and their application toward flexible CMOS inverters (2019)
  • 著者名/発表者名: Pompei Emanuela、Turchetti Claudio、Hamao Shino、Miura Akari、Goto Hidenori、Okamoto Hideki、Fujiwara Akihiko、Eguchi Ritsuko、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 6022-6033
  • DOI: 10.1039/c8tc05824e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in Bi2-xSbxTe3-ySey (2019)
  • 著者名/発表者名: Tong He, Xiaofan Yang, Tomoya Taguchi, Teppei Ueno, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Hitoshi Yamaoka, Hirofumi Ishii, Yen-Fa Liao, Hiromi Ota, Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Kensei Terashima, Takayoshi Yokoya, Harald O. Jeschke, Xianxin Wu, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 100 号: 9 ページ: 094525-094525
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.094525
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superconducting properties of (NH3) y Li x FeSe0.5Te0.5 under pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang Xiaofan、He Tong、Taguchi Tomoya、Li Huan、Wang Yanan、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Miyazaki Takafumi、Yamaoka Hitoshi、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 21 号: 11 ページ: 113010-113010
  • DOI: 10.1088/1367-2630/ab5034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation and characterization of superconducting Ba1-xCsxTi2Sb2O, and its pressure dependence of superconductivity (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Yanan, Yang Xiaofan, Taguchi Tomoya, Li Huan, He Tong, Goto Hidenori, Eguchi Ritsuko, Miyazaki Takafumi, Liao Yen-Fa, Ishii Hirofumi, Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 58 号: 11 ページ: 110603-110603
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4ef5
  • NAID: 210000157392
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of the extended phenacene molecules, [10]phenacene and [11]phenacene, and their performance in a field-effect transistor (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Hideki、Hamao Shino、Eguchi Ritsuko、Goto Hidenori、Takabayashi Yasuhiro、Yen Paul Yu-Hsiang、Liang Luo Uei、Chou Chia-Wei、Hoffmann Germar、Gohda Shin、Sugino Hisako、Liao Yen-Fa、Ishii Hirofumi、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 4009-4009
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39899-4
  • NAID: 120006777515
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fermi level tuning of Ag-doped Bi2Se3 topological insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: Uesugi Eri、Uchiyama Takaki、Goto Hidenori、Ota Hiromi、Ueno Teppei、Fujiwara Hirokazu、Terashima Kensei、Yokoya Takayoshi、Matsui Fumihiko、Akimitsu Jun、Kobayashi Kaya、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 5376-5376
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41906-7
  • NAID: 120006777514
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation and characterization of a new metal-intercalated graphite superconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: Yang Xiaofan、Taguchi Tomoya、Wang Yanan、He Tong、Uchiyama Takaki、Takai Akihisa、Zhi Lei、Miyazaki Takafumi、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Yamaoka Hitoshi、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Materials Research Express 巻: 6 号: 1 ページ: 016003-016003
  • DOI: 10.1088/2053-1591/aae9d2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in AgxBi2－xSe3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Tong He, Xiaofan Yang, Takahiro Terao, Takaki Uchiyama, Teppei Ueno, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Takafumi Miyazaki, Takumi Nishioka, Koji Kimura, Kouichi Hayashi, Naohisa Happo, Hitoshi Yamaoka, Hirofumi Ishii, Yen-Fa Liao, Hiromi Ota, Hidenori Goto, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 10 ページ: 104503-104503
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.104503
  • NAID: 120006523814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure dependence of superconductivity in low- and high-Tc phases of (NH3)yNaxFeSe (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Terao, Xiaofan Yang, Xiao Miao, Lu Zheng, Hidenori Goto, Takafumi Miyazaki, Hitoshi Yamaoka, Hirofumi Ishii, Yen-Fa Liao, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 9 ページ: 094505-094505
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.094505
  • NAID: 120006523813
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transistor properties of exfoliated single crystals of 2H-Mo(Se1-xTex)2(0<=x<=1) (2017)
  • 著者名/発表者名: Uesugi Eri、Miao Xiao、Ota Hiromi、Goto Hidenori、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 24 ページ: 245310-245310
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.245310
  • NAID: 120006382535
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of new superconductors by metal doping of two-dimensional layered materials using ethylenediamine (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiao Miao, Takahiro Terao, Xiaofan Yang, Saki Nishiyama, Takafumi Miyazaki, Hidenori Goto, Yoshihiro Iwasa, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 1 ページ: 014502-014502
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.014502
  • NAID: 120006382534
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation and characterization of a new graphite superconductor: Ca0.5Sr0.5C6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Saki Nishiyama, Hidenori Fujita, Masatoshi Hoshi, Xiao Miao, Takahiro Terao, Takafumi Miyazaki, Hidenori Goto, Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu, Hitoshi Yamaoka, Hirofumi Ishii, Yen-Fa Liao and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 7436-7446
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07763-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Difference in gating and doping effects on the band gap in bilayer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Takaki、Goto Hidenori、Akiyoshi Hidehiko、Eguchi Ritsuko、Nishikawa Takao、Osada Hiroshi、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 11322-11322
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11822-9
  • NAID: 120007176805
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Electronic properties of bilayer graphene under an enormous electric field (2020)
  • 著者名/発表者名: Lei Zhi, Hidenori Goto, Akihisa Takai, Ritsuko Eguchi, Takao NishikawaA, Shizuo TokitoA, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会, 名古屋大学, 現地開催中止, 2020/03/16-19
• [学会発表] Effects of molecular adsorption on carrier scattering in graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Akihisa Takai, Hidehiko Akiyoshi, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Superstripes 2019, Ischia, Naples, Italy, 2019/06/23-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electronic properties of bilayer graphene under an enormous electric field (2019)
  • 著者名/発表者名: Lei Zhi, Hidenori Goto, Akihisa Takai, Ritsuko Eguchi, Takao Nishikawa, Shizuo Tokito, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会, 岐阜大学, 岐阜市, 2019/09/10-13
• [学会発表] 分子吸着によるグラフェンの散乱効果II (2019)
  • 著者名/発表者名: 高井彰久, 後藤秀徳, Zhi Lei, 岡本秀毅, 江口律子, 久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会, 岐阜大学, 岐阜市, 2019/09/10-13
• [学会発表] Semiconductor-metal transition in doped topological insulators (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Takaki Uchiyama, Ritsuko Eguchi, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Recent progress in graphene & 2D materials research (RPGR2019), Matsue, Shimane, Japan, 2019/10/06-10
  • 国際学会
• [学会発表] Carrier scattering in graphene caused byelectron-transfer molecules (2019)
  • 著者名/発表者名: Akihisa Takai, Hidenori Goto, Hidehiko Akiyoshi, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Recent progress in graphene & 2D materials research (RPGR2019), Matsue, Shimane, Japan, 2019/10/06-10
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of molecular adsorption on electronic properties in graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Akihisa Takai, Hidehiko Akiyoshi, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Carrier Doping in two-dimensional layered materials: toward novel physical properties and electronic device applications (CA2D), Naples, Italy, 2019/11/04-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study on effect of impurity doping on transport properties in topological insulator Bi2Se3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaki Uchiyama, Hidenori Goto, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: The first international workshop on momentum microscopy & spectroscopy for materials science, IMS, 2019/02/22-23 (poster)
  • 国際学会
• [学会発表] 分子吸着によるグラフェンの 散乱効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高井彰久, 後藤秀徳, 内山貴生, Zhi Lei, 江口律子, 久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会, 九州大学, 福岡, 2019/03/14-17
• [学会発表] Carrier doping of graphene with electric-field effect and doping effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: 2018 EMRS Fall meeting, Warsaw, Poland, 2018/09/17-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ag ドープBi2Se3における 特異な伝導特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山貴生, 後藤秀徳, 上杉英里, He Tong, 太田弘道， 上野哲平，小林夏野，秋光純，久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会, 同志社大学, 京都, 2018/09/9-12
• [学会発表] グラフェンの磁気散乱効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高井彰久, 後藤秀徳, 内山貴生, Zhi Lei, 江口律子, 久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会, 同志社大学, 京都, 2018/09/9-12
• [学会発表] Bi2Se3へのAgドープの効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山 貴生, 後藤 秀徳, 上杉 英里, He Tong, 太田 弘道, 上野 哲平, 小林 夏野, 秋光 純, 久保園 芳博
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会（2018/3/22-25, 東京理科大学 野田キャンパス）
• [学会発表] Doping effects on electronic properties of bilayer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Takaki Uchiyama, Yoko Nakashima, Hidehiko Akiyoshi, Ritsuko Eguchi, Hiroshi Osada, Takao Nishikawa, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: SUPERSTRIPES 2017, Quantum in Complex Matter: Superconductivity, Magnetism & Ferroelectricity (2017/6/4-10, Ischia, Naples, Italy)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Doping and gating methods to produce an electric field in bilayer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Takaki Uchiyama, Hidehiko Akiyoshi, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Meeting on physics and chemistry of emerging superconductors and thermoelectric materials (PCST17) (2017/9/13-15 Sapienza University of Rome, Italy)
  • 国際学会
• [学会発表] Bandgap opening of bilayer graphene doped with electron donor / acceptor molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaki Uchiyama, Hidenori Goto, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: International Conference on Chemistry and Materials Science (2017/11/4-5, Malang, Indonesia)
  • 国際学会
• [図書] Chap. 2 Physics of Graphene: Basic to FET Application in a book, "Physics and Chemistry of Carbon-Based Materials" edited by Yoshihiro Kubozono (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto (one of authors of a book, "Physics and Chemistry of Carbon-Based Materials" edited by Yoshihiro Kubozono )
  • 総ページ数: 35
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811334177