| 研究課題/領域番号 |
23K04536
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
鈴木 仁 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (60359099)
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| 研究分担者 |
田中 秀吉 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究センター長 (40284608)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 表面反応 / 走査トンネル顕微鏡 / グラフェンナノメッシュ / 自己組織化 / ラジカル化 / グラフェンナノ構造 / ボトムアップ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電子デバイスへの応用が期待されているグラフェンナノメッシュにおいて，穴の配列や間隔などの構造を精密に制御する技術は未踏であり，その構造と電子特性の相関は実験的に解明されていない．本研究では，前駆体となる芳香族有機分子を触媒機能を有する加熱銅表面に接触させてラジカル化させ，それらを超高真空中の基板上でボトムアップ的に重合させることで，絶縁体基板上に精密に構造制御されたナノメッシュ構造を直接作製する技術を開発する．さらに形成されたナノメッシュ構造の解析とその本質的な電子特性を実験的に解明することをめざす．
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| 研究実績の概要 |
100度から200度の温度範囲で加熱した銅製ノズルをつけたクヌーセンセル蒸着源を用いて，超高真空下においてヘキサブロモトリフェニレン（HBTP）分子を金（111）表面上に蒸着し，走査トンネル顕微鏡によって観察した．その結果，基板上に長さ2.1nmの直線状の分子が観察された．銅製ノズルの温度が低い場合（100度）では，HBTP分子のモノマー集合構造と直線状の分子が共存しており，高い温度（200度）では直線状分子が主として観察された．また，蒸着源から昇華させたHBTP分子の量と直線状分子の量に相関があることが見出された．これらの結果から，観察された直線状分子は原料として用いたHBTP分子が銅製ノズル内を通過する際に内壁に接触しその分子構造が変化したものと考えられる．この直鎖状分子の組成および構造を調べるために，オージェ電子分光などの分光手法での解析を始めている．XAFSなど放射光施設の利用も検討している．
上記のように，加熱銅ノズルによる臭素解離・ラジカル化が予想外の分子構造変化をもたらすことが判明したため，基板上での重合反応を促進させるための別の手法の実験を開始した．ウルマン反応では分子から解離しハロゲン原子（臭素原子）が基板上に吸着し，基板表面の触媒活性を損なう．このような基板上に吸着している臭素原子を原子状水素によって脱離させる実験を実施した．原子状水素は加熱したタングステン線に水素分子を触れさせて，熱分解させて生成した．これによって，基板状に吸着している臭素を脱離させることにも成功した．
また，テトラブロモビフェニル分子を金基板上に蒸着し，ナノメッシュ構造を形成する実験結果を論文として発表した．
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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
作製したラジカル化蒸着源をHBTP分子に使用した結果，分子から臭素原子を解離させるラジカル化ではなく，分子構造を大きく変化（芳香族から直鎖状分子へ）させる作用を持つことがわかった．これは当初の予想とはとは大きく異なっていることから，当初の目論見である絶縁体基板上におけるラジカルによる構造形成には未だ至っていない．一方で，この分子構造の変化自体は，予期できなかった新しい知見であり，この現象の解明をすすめることで，表面化学反応の理解が深まり，ボトムアップによる構造形成技術のさらなる発展に寄与する知識を集積できると考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの結果に基づいて，おもに以下の3つの方向で研究を進める．
HBTP分子が変化して形成されたと考えられる直線状の分子の構造を分光測定などによって解析するとともに，銅製ノズルの温度との相関を明らかにする．これにより，加熱銅製ノズルによる分子構造を変化させるメカニズムを解明し，新たな分子蒸着手法として技術確立する．
また，ウルマン反応においては分子から解離した臭素原子が基板上に吸着し，基板上での分子の重合反応を阻害していると考えられている．このような臭素原子を原子状水素を基板上に導入することで， HBrとして除去し，表面反応が連続的に持続する条件を探索する．これによって，加熱銅製ノズルでBr原子をあらかじめ除去するのではなく，基板上に広いナノメッシュ構造を形成させる新しい技術の確立をめざす．
さらに、超高真空チャンバーへ導入したhBN基板を真空チャンバー内において劈開し，その表面の清浄性，平坦性を非接触原子間力顕微鏡を用いての評価を進め、分子構造を堆積するための基板として活用するための方策を検討する．
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