| 研究課題/領域番号 |
21H01017
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
毛利 真一郎 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)
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| 研究分担者 |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
藤井 高志 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60571685)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
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| キーワード | モアレ超格子 / 原子層材料 / グラフェン / 遷移金属ダイカルコゲナイド / フォノン物性 / MoS2 / フォノン / ツイストグラフェン / 熱伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
グラフェンやMoS2などの原子層材料を積層した『ファンデルワールスヘテロ構造』では、ナノスケールのポテンシャル変調構造である『モアレ超格子構造』が現れ、その電子状態を反映したさまざまな特異物性が発現することで大きな注目を集めている。
本研究では、電子線回折による積層角度の決定とフォノン物性計測を同時に行える実験系を構築し、『原子層の積層とツイストによるナノスケールのポテンシャル変調が新しいフォノン物性発現の場となりうるか？』という課題の解決を目指す。具体的には、TEMグリッド上に架橋ツイスト原子層を作製し、基板の影響を排してツイスト角度の変化に依存した光学特性を解明する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、MoS2やグラフェンなどの原子層材料を2層ツイストして架橋させた、架橋モアレ超格子系を対象に、モアレ超格子の形成や周期がフォノン物性にどのような影響を与えるかを評価することが目的である。
本年度は、架橋ツイスト2層グラフェンについて、金属蒸着によるラマンシフトについてを詳細に調べた。銅箔上にCVD成長したグラフェンを転写して作った架橋ツイスト2層グラフェンの場合、Ga金属の蒸着により、Gモードと2Dモードが低波数側にシフトする現象が観測される。シフトの詳細な解析から、この現象が、蒸着により引っ張り歪みが挿入されたためと考えられることがわかった。一方、最表面のグラフェンをCu(111)面上にエピタキシャル成長したグラフェンにした場合、Gモードと2Dモードが高波数側にシフトすることがあることも分かった。この試料では、積層する2つのグラフェンの種類が異なることで試料に当初から引っ張り歪みが挿入されており、それが金属蒸着により緩和されることで高波数シフトしたと考えられる。
上記研究に加え、グラフェン同士やh-BNとグラフェンのツイスト2層系において、ラマン分光でフォノン物性を調べ、熱伝導測定も行った。現在、TEM測定と組み合わせることで、ツイスト角度依存性のデータをまとめている。
上記研究に加え、大面積のMoS2やグラフェンの結晶成長に関する研究や分極材料によるドーピング効果でフォノン物性を含む光物性がどう変化するかの実験も行った。これらの研究も含め、14件の学会発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
CVDシステムの立ち上げに当初想定より時間がかかったため、グラフェン系以外の熱物性についての研究の進捗が遅れている。公募研究で参画している学術変革領域で受けた提案をもとに、h-BNについての研究も立ち上げたが、h-BNの転写条件の確立に少し時間がかかっており、こちらも、積層角度に対する依存性がまだはっきりと出ていない。さらに、所属機関内での工事などの影響で、研究装置の移動スケジュールが年度後半にずれ込んだため、低温実験に関しても当初の予定通りに研究が進んでいない。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、h-BN積層系やMoS2を含め、熱伝導の角度依存性を明らかにしていきたい。さらに、金属粒子を蒸着した系でフォノン物性がどう変化するかについては、エピタキシャルグラフェン同士の積層系についての結果をまとめる予定である。
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