| 研究課題/領域番号 |
21H05012
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分D
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
松田 巌 東京大学, 物性研究所, 教授 (00343103)
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| 研究分担者 |
安藤 康伸 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (00715039)
吹留 博一 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10342841)
近藤 剛弘 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70373305)
細野 英司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80462852)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
104,390千円 (直接経費: 80,300千円、間接経費: 24,090千円)
2024年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2023年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2021年度: 31,590千円 (直接経費: 24,300千円、間接経費: 7,290千円)
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| キーワード | 原子層材料 / ホウ素 / ディラック電子系 / オペランド計測 / 機能性 / 原子層 / ボロフェン / 合成 / HB / ボロファン / 銅表面 / 電池 / オペランド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我々はホウ素の単原子シート「ボロフェン」および水素化ホウ素シート「ボロファン」の合成に世界で初めて成功してきた。本物質はグラフェンでは実現し得ないディラック線半金属を成し、さらに水素輸送など豊かな材料特性も有する。また最軽量、豊富な資源、環境負荷フリーなどの特徴があり、この新奇なディラック電子系も次世代通信や電池分野において高い性能が期待される。そこで、我々が培ってきた材料合成と動作環境下測定(オペランド測定) の技術を駆使して、ボロフェンおよび誘導体に潜む低次元電子系とホウ素の「化学」と「物理」を明らか にすると共に、スマート社会基盤における本物質の素子材料としての機能性開発を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究では新たな単原子層材料であるホウ素の単原子シート「ボロフェン」をベースに最軽量の情報およびエネルギー材料の開発に取り組んでいる。ボロフェンおよび、その誘導体は多様な元素組成と原子構造を取ることができ、我々は精密測定が可能な「大面積合成」試料と実用化が可能な「大量合成」試料を作り分け、各試料の物質情報を総合的かつ相補的に研究しながら展開している。そして本物質の機能性の起源や原因となる電子状態を調べることで、その学理も追求しながらデバイス開発を推進している。
電池などのエネルギー材料としての評価実験を実施している過程で、本研究では界面での様子を探るために「大面積合成」試料として代表的な電極物質である銅(Cu)結晶表面上のホウ素(B)吸着相を調べてきた。Cu(111)表面において2次元銅ホウ化物(Cu-Boride)の形成をこれまで明らかにできたことから、B/Cuヘテロ界面への理解を深めるためにCu(110)において同様の研究展開をおこなった。その結果、新たな表面相3x’1’-B/Cu(110)を電子回折実験で発見し、本試料表面を詳しく調べることにした。走査型トンネル顕微鏡による観察や高分解能X線光電子分光による分析の結果、本表面において1次元準周期構造を有した銅ホウ化物が形成されていることが分かった。銅ホウ化物の界面相はいずれもホウ素の原子鎖構造を伴っていたため、1次元ホウ素の電子状態について理論研究も展開した。いずれの研究も成果も、論文として発表している。一方、「大量合成」試料としてHBシートを扱ってきたが、機能性の向上を探るために水素吸着や加熱処理を実施した。材料特性にいずれも変化が確認できたので、デバイス性能に対する影響を今後取り扱う。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究で目的としている情報およびエネルギー材料の開発ではホウ素の単原子シートと金属の界面が重要であるが、本物質系はこれまでは未開拓分野であった。しかし、我々の研究によるCu/B界面試料の「大面積合成」を中心に精密分析が実現し、電子状態や原子構造を詳細に明らかにすることができた。その結果、新しい界面物質の発見と共に2次元化合物から1次元原子鎖まで幅広い学理が展開できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究で取り扱っている「大面積合成」試料と「大量合成」試料について、前者については予定通り精密測定が実施され多くの成果が得られた。一方、後者については試料合成法の改善が進み、生成物の収率や純度が向上していっている。そして合成実験を通じて試料に対する加熱などの後処理によって不純物の除去などが可能であることも分かってきた。そこで、合成生成物そのものだけでなく、後処理に対する物性評価を実施し、材料としての性能向上を図る。
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A-: 研究領域の設定目的に照らして、概ね期待どおりの進展が認められるが、一部に遅れが認められる
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