生体分子反応における量子効果の直接観測を可能とする雰囲気制御・時間分解Ｘ線分光法

• 研究課題/領域番号: 18K19011
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分29:応用物理物性およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
• 研究分担者: 松田 巌 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00343103)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: グラフェン / 軟X線分光 / 時間分解 / 積層 / ねじれ / 光励起 / キャリア・ダイナミクス / 分子 / 軟X線 / X線分光 / 生体分子 / 量子ダイナミクス

研究成果の概要

量子論に基づく分子生物学の実験研究の新たな領域開拓を目的として、雰囲気制御・時間分解オペランド（＝動作下）軟X線分光システム構築に不可欠な超極薄窓材としてグラフェンを研究した。その研究を行う過程で、新たな展開が拓け、興味深いキャリア・ダイナミクス、たとえば、グラフェンの各層毎に光励起キャリア密度が変化することが初めて明らかにされた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、僅かにグラフェンの積層が摂動を受けただけで、層毎にグラフェン中の光励起キャリアの密度が大きく変調されるという初めての研究成果が得られた。このことは、グラフェンの窓材としての量子生物学への応用だけでなく、光デバイス応用においても重要な研究成果になると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Sungkyunkwan University(韓国)
• [国際共同研究] Sungkyunkwan University(韓国)
• [雑誌論文] Direct Formation of Solution-based Al2O3 on Epitaxial Graphene Surface for Sensor Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: K.S. Kim, H. Fukidome, and M. Suemitsu
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 31 号: 7 ページ: 2291
  • DOI: 10.18494/SAM.2019.2317
  • ISSN: 0914-4935, 2435-0869
  • 年月日: 2019-07-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modulation of Electronic States near Electrodes in Graphene Transistors Observed by Operando Photoelectron Nanospectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Fukidome, K. Funakubo, N. Nagamura, K. Horiba, Y. Tateno, M. Oshima, and M. Suemitsu
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 31 号: 7 ページ: 2303
  • DOI: 10.18494/SAM.2019.2327
  • ISSN: 0914-4935, 2435-0869
  • 年月日: 2019-07-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrafast Unbalanced Electron Distributions in Quasicrystalline 30° Twisted Bilayer Graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Suzuki*, Takushi Iimori, Sung Joon Ahn, Yuhao Zhao, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Kento Suwa, Hirokazu Fukidome, Satoru Tanaka, Joung Real Ahn, Kozo Okazaki, Shik Shin, Fumio Komori*, Iwao Matsuda*
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 13 号: 10 ページ: 11981-11987
  • DOI: 10.1021/acsnano.9b06091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of interface dipole layers on the performance of graphene field effect transistors (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagamura Naoka、Fukidome Hirokazu、Nagashio Kosuke、Horiba Koji、Ide Takayuki、Funakubo Kazutoshi、Tashima Keiichiro、Toriumi Akira、Suemitsu Maki、Horn Karsten、Oshima Masaharu
  • 雑誌名: Carbon 巻: 152 ページ: 680-687
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2019.06.038
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interfacial carrier dynamics of graphene on SiC, traced by the full-range time-resolved core-level photoemission spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Someya T.、Fukidome H.、Endo N.、Takahashi K.、Yamamoto S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 号: 5 ページ: 051601-051601
  • DOI: 10.1063/1.5043223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of CO2 adsorption on oxygen-functionalized epitaxial graphene surface under near-ambient conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Susumu、Takeuchi Kaori、Hamamoto Yuji、Liu Ro-Ya、Shiozawa Yuichiro、Koitaya Takanori、Someya Takashi、Tashima Keiichiro、Fukidome Hirokazu、Mukai Kozo、Yoshimoto Shinya、Suemitsu Maki、Morikawa Yoshitada、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 号: 29 ページ: 19532-19538
  • DOI: 10.1039/c8cp03251c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Operation Mechanism of GaN-based Transistors Elucidated by Element-Specific X-ray Nanospectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Omika Keiichi、Tateno Yasunori、Kouchi Tsuyoshi、Komatani Tsutomu、Yaegassi Seiji、Yui Keiichi、Nakata Ken、Nagamura Naoka、Kotsugi Masato、Horiba Koji、Oshima Masaharu、Suemitsu Maki、Fukidome Hirokazu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 13268-13268
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31485-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Segmented soft X-ray undulator for on-demand polarization controls with the fastest switching (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: IMR+MAX IV
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低温水素前処理されたC終端SiC基板上に成長させたグラフェンを用いたトランジスタの高速キャリア輸送特性の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鴨川 貴優、佐々木 文憲、小濱 路生、渡邉 一世、吹留 博一
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 軟X線分光法の基礎から学ぶ次世代放射光利用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: 日産アーク 技術セミナー 第５回放射光利用セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Chronology of photoexcited carriers in atomic layers (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: 韓国真空学会 真空学会合同国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 先端軟X線レーザーで視る 原子層のダイナミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: 原子衝突学会 年会
  • 招待講演
• [学会発表] 表面超構造で制御する原子層の電子物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会 シンポジウム「表面と原子層を融合した新しい2次元物質科学に向けて」
  • 招待講演
• [学会発表] Evolutions of the Dirac Fermions in Monatomic Layers (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: The 11th annual Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research Conference (RPGR2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Upshifts in operando soft X-ray spectroscopies (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: Next Generation Synchrotron Radiation Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 集光軟 X 線で期待する 物質科学の展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: X線ナノ集光技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Evolutions of the Dirac fermions in monatomic layers (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: Graphene Flagship EU-Japan 201
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X-ray Optospintronics at SACLA (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田巌
  • 学会等名: IRCCS The 3rd Joint International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酸化イットリウムを用いた高周波エピタキシャルグラフェン・トランジスタの高速キャリア輸送特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鴨川貴優、小濱路生、佐々木文憲、渡邊一世、吹留博一
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 酸化イットリウムを用いた高周波エピタキシャルグラフェン・トランジスタの高速キャリア輸送特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吹留博一、鴨川貴優、小濱路生、佐々木文憲、渡邊一世
  • 学会等名: 2019年度日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] 実デバイスの産学連携オペランド顕微軟X線分光分光と埋もれた界面の観察に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 吹留博一
  • 学会等名: 表面科学会 放射光表面科学研究部会・表面科学会 プローブ顕微鏡研究部会合同研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 動作しているデバイスの表面準位の時空間ダイナミクスの局所電界による制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吹留博一
  • 学会等名: 第36回表面科学会講演大会
  • 招待講演
• [学会発表] オペランドナノX線分光の利用を特徴とする産官学連携次世代デバイス研究開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吹留博一
  • 学会等名: 東北大学多元物質科学研究所放射光産学連携準備室第１回ワークショップ
  • 招待講演
• [図書] Monoatomic Two-dimensional Layers (2018)
  • 著者名/発表者名: Hriokaz Fukidome（共著）
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 9780128141618
• [備考] 吹留研究室 研究紹介
  • URL: http://www.fukidome.riec.tohoku.ac.jp/%e7%a0%94%e7%a9%b6%e7%b4%b9%e4%bb%8b/
• [備考] 松田巌研究室 研究
• [備考] https://imatsuda.issp.u-tokyo.ac.jp/research.html