一次元ファンデルワールヘテロ構造材料群の創成

• 研究課題/領域番号: 21F21055
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 丸山 茂夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90209700)
• 研究分担者: ZHENG YONGJIA 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2021年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 1次元ヘテロ構造 / 径方向・軸方向ヘテロ構造 / 一次元ヘテロ構造

研究開始時の研究の概要

単層CNT（SWCNT），窒化ホウ素（h-BN）ナノチューブ，二硫化モリブデンナノチューブが同軸に積層された一次元ファンデルワールス（1D vdW）ヘテロ構造の基礎物性解明と実用に向け，大規模で制御性の高い合成法が求められる．本研究では，汎用性の高いCVD法を開発し，高品質1D vdWヘテロ構造ライブラリの構築を目指す．多様な1Dヘテロ構造形成を通じ，その成長メカニズムを明らかにするだけでなく，特異な物性や潜在的な応用開拓へ寄与する．

研究実績の概要

2年目には、さらに一歩進めて1次元ヘテロ構造の概念を広げた。まず、SWCNT-BNNT-WS2ヘテロ構造において、最外層としてチューブ状のタングステンジサルファイド（WS2）が実現された。さらに、このWS2は、前述のチューブ状のMoS2と軸方向に結合させることができ、1次元MoS2 - WS2軸方向接合を形成することができた。このようなナノチューブ構造は、径方向および軸方向の両方で異なるものであり、全体の構造は幅5nmに制限されていた。1次元MoS2 - WS2軸方向接合のほか、1次元MoS2 - WS2合金ナノチューブも最外層として実現することができた。この「ダブルヘテロ」構造は、現在の1次元ヘテロ構造の知識を拡張するだけでなく、次世代の電子デバイスや光電子デバイスとして新たに開発された1次元ヘテロ構造の研究への基盤を築いている。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4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] Spiro-OMeTAD versus PTAA for single-walled carbon nanotubes electrode in perovskite solar cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Bo-Wen、Lin Hao-Sheng、Qiu Xi-Yang、Shui Qing-Jun、Zheng Yong-Jia、Almesfer Mohamad、Kauppinen Esko I.、Matsuo Yutaka、Maruyama Shigeo
  • 雑誌名: Carbon 巻: 205 ページ: 321-327
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2023.01.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surfactant-Assisted Isolation of Small-Diameter Boron-Nitride Nanotubes for Molding One-Dimensional van der Waals Heterostructures (2022)
  • 著者名/発表者名: Furusawa Shinpei、Nakanishi Yusuke、Yomogida Yohei、Sato Yuta、Zheng Yongjia、Tanaka Takumi、Yanagi Kazuhiro、Suenaga Kazu、Maruyama Shigeo、Xiang Rong、Miyata Yasumitsu
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 16 号: 10 ページ: 16636-16644
  • DOI: 10.1021/acsnano.2c06067
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of vertically aligned boron nitride nanotubes with a template of single-walled carbon nanotubes (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Ming、Wang Shuhui、Zheng Yongjia、Takeuchi Miyuki、Inoue Taiki、Xiang Rong、Maruyama Shigeo
  • 雑誌名: Journal of Materials Research 巻: 37 号: 24 ページ: 4428-4437
  • DOI: 10.1557/s43578-022-00759-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fabricating one-dimensional van der Waals heterostructures on chirality-sorted single-walled carbon nanotubes (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Ruixi、Feng Ya、Li Henan、Kumamoto Akihito、Wang Shuhui、Zheng Yongjia、Dai Wanyu、Fang Nan、Liu Ming、Tanaka Takeshi、Kato Yuichiro K.、Kataura Hiromichi、Ikuhara Yuichi、Maruyama Shigeo、Xiang Rong
  • 雑誌名: Carbon 巻: 199 ページ: 407-414
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2022.07.076
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nanotube-based heterostructures for electrochemistry: A mini-review on lithium storage, hydrogen evolution and beyond (2022)
  • 著者名/発表者名: Zheng, Y.; Dai, W.; Zhang, X.; Huang, J.-Q.; Maruyama, S.; Yuan, H. Xiang, R.
  • 雑誌名: Journal of Energy Chemistry 巻: - ページ: 630-642
  • DOI: 10.1016/j.jechem.2022.02.029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photoluminescence from Single-Walled MoS2 Nanotubes Coaxially Grown on Boron Nitride Nanotubes (2021)
  • 著者名/発表者名: Ming Liu, Kaoru Hisama, Yongjia Zheng, Mina Maruyama, Seungju Seo, Anton Anisimov, Taiki Inoue, Esko I. Kauppinen, Susumu Okada, Shohei Chiashi, Rong Xiang, and Shigeo Maruyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 15 号: 5 ページ: 8418-8426
  • DOI: 10.1021/acsnano.0c10586
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Controlled Doping Engineering in 2D MoS₂ Crystals toward Performance Augmentation of Optoelectronic Devices (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Qi、Ying Haoting、Li Xin、Xiang Rong、Zheng Yongjia、Wang Hemiao、Su Jun、Xu Minxuan、Zheng Xin、Maruyama Shigeo、Zhang Xuefeng
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 13 号: 27 ページ: 31861-31869
  • DOI: 10.1021/acsami.1c07286
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One-dimensional van der Waals heterostructures: Growth mechanism and handedness correlation revealed by nondestructive TEM (2021)
  • 著者名/発表者名: Zheng Yongjia、Kumamoto Akihito、Hisama Kaoru、Otsuka Keigo、Wickerson Grace、Sato Yuta、Liu Ming、Inoue Taiki、Chiashi Shohei、Tang Dai-Ming、Zhang Qiang、Anisimov Anton、Kauppinen Esko I.、Li Yan、Suenaga Kazu、Ikuhara Yuichi、Maruyama Shigeo、Xiang Rong
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 37
  • DOI: 10.1073/pnas.2107295118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SWCNT@BNNT With 1D Van Der Waals Heterostructure With a High Optical Damage Threshold for Laser Mode-Locking (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zheyuan、Sun Xiangnan、Yuan Pengtao、Yokokawa Shoko、Zheng Yongjia、Jiang Hongbo、Jin Lei、Anisimov Anton、Kauppinen Esko、Xiang Rong、Maruyama Shigeo、Yamashita Shinji、Set Sze Y.
  • 雑誌名: Journal of Lightwave Technology 巻: 39 号: 18 ページ: 5875-5883
  • DOI: 10.1109/jlt.2021.3092522
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intertube Excitonic Coupling in Nanotube Van der Waals Heterostructures (2021)
  • 著者名/発表者名: Burdanova Maria G.、Liu Ming、Staniforth Michael、Zheng Yongjia、Xiang Rong、Chiashi Shohei、Anisimov Anton、Kauppinen Esko I.、Maruyama Shigeo、Lloyd‐Hughes James
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 32 号: 11 ページ: 2104969-2104969
  • DOI: 10.1002/adfm.202104969
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration (2021)
  • 著者名/発表者名: Tang Dai-Ming、et al.,
  • 雑誌名: Science 巻: 374 号: 6575 ページ: 1616-1620
  • DOI: 10.1126/science.abi8884
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] One-dimensional van der Waals (hetero)2structure (2023)
  • 著者名/発表者名: Yongjia Zheng, Wanyu Dai, Akihito Kumamoto, Yuta Sato, Keigo Otsuka, Qiang Zhang, Esko I. Kauppinen, Yuichi Ikuhara, Kazu Suenaga,Shigeo Maruyama, Rong Xiang
  • 学会等名: 第64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] Experimental realization of the WS2-based 1D vdW heterostructure (2022)
  • 著者名/発表者名: Yongjia Zheng, Wanyu Dai, Akihito Kumamoto, Jenichi Clairvaux Felizco, Yuta Sato, Kazu Suenaga, Keigo Otsuka, Qiang Zhang, Anton Anisimov, Esko I. Kauppinen, Rong Xiang, Shigeo Maruyama
  • 学会等名: 第63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] Experimental realization of the WS2-based 1D vdW heterostructure (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Zheng, W. Dai, A. Kumamoto, J. Felizco, Y. Sato, K. Suenaga, K. Otsuka, Q. Zhang, A. Anisimov, E. Kauppinen, R. Xiang, S. Maruyama
  • 学会等名: 第62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] Growth mechanism and handedness relation of 1D SWCNT-BNNT van der Waals heterostructures (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Zheng, A. Kumamoto, K. Hisama, K. Otsuka, Y. Sato, T. Inoue, S. Chiashi, D. Tang, Q. Zhang, A. Anisimov, E. Kauppinen, K. Suenaga, Y. Ikuhara, R. Xiang, S. Maruyama
  • 学会等名: 第61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