イオン液体微小ゲートを用いたグラフェンの新規伝導現象の解明

• 研究課題/領域番号: 26400361
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 後藤 秀徳 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 助教 (90322669)
• 連携研究者: 久保園 芳博 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (80221935)
• 研究協力者: 上杉 英里 ; 秋吉 秀彦 ; 内山 貴生
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: グラフェン / イオン液体 / 電気二重層 / キャリア蓄積 / 分子吸着 / 自己組織化単分子膜 / 電子移動 / ２次元層状物質 / バンド制御 / 分子エレクトロニクス / 量子キャパシタンス / メゾスコピック系物理 / ナノテクノロジー

研究成果の概要

グラフェンは炭素から構成される単原子層である。比表面積が大きいため、その性質は表面の状態から大きく影響を受ける。本研究ではグラフェン上に吸着した分子からの電子移動とそれによるフェルミ準位の変化を考察した。吸着分子のHOMO準位あるいはLUMO準位とグラフェンのフェルミ準位の大小関係によって電子の移動方向と蓄積可能なキャリア密度が決まることを定量的に明らかにした。また、吸着分子からの電子移動による電荷蓄積は、一般的な電界効果による電荷蓄積と比較して、微視的に見て不均一性が大きいという問題点を指摘した。

研究成果

• [雑誌論文] Recent progress on carbon-based superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono, Ritsuko Eguchi, Hidenori Goto, Shino Hamao, Takashi Kambe, Takahiro Terao, Saki Nishiyama, Lu Zheng, Xiao Miao, Hideki Okamoto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 28 号: 33 ページ: 334001-334001
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/33/334001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of superconductivity in (NH3)yMxMoSe2 (M: +I, Na and K) (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Miao, S. Nishiyama, L. Zheng, H. Goto, R. Eguchi, H. Ota, T. Kambe, K. Terashima, T. Yokoya, H. T. L. Nguyen, T. Kagayama, N. Hirao, Y. Ohishi, H. Ishii, Y.-F. Liao, Y. Kubozono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 29292-29292
  • DOI: 10.1038/srep29292
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical analysis of superconducting phase in K-doped picene (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kambe, S. Nisiyama, H. L. T. Nguyen, T. Terao, M. Izumi, Y. Sakai, L. Zheng, H. Gotyo, Y. Ito, T. Onji, T. C. Kobayashi, H. Sugino, S. Gohda, H. Okamoto, Y. Kubozono
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 28, 444001 (2016) 巻: 28 号: 44 ページ: 444001-444001
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/44/444001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoelectron holographic atomic arrangement imaging of cleaved bimetal-intercalated graphite superconductor surface (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Matsui, R. Eguchi, S. Nishiyama, M. Izumi, E. Uesugi, H. Goto, T. Matsushita, K. Sugita, H. Daimon, Y. Hamamoto, I. Hamada, Y. Morikawa, Y. Kubozono
  • 雑誌名: Scientific Reports 6, 36258 (2016) 巻: 6 号: 1 ページ: 36258-36258
  • DOI: 10.1038/srep36258
  • NAID: 120005867254
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity in (NH3)yNaxFeSe0.5Te0.5 (2016)
  • 著者名/発表者名: L. Zheng, Y. Sakai, X. Miao, S. Nishiyama, T. Terao, R. Eguchi, H. Goto, Y. Kubozono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 94, 174505 (2016) 巻: 94 号: 17 ページ: 174505-174505
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.174505
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrostatic electron-doping yields superconductivity in LaOBiS2 (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Uesugi, S. Nishiyama, H. Goto, H. Ota, Y. Kubozono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 109 号: 25 ページ: 252601-252601
  • DOI: 10.1063/1.4972400
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and transistor application of the extremely extended phenacene molecule, [9]phenacene (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuma Shimo, Takahiro Mikami, Shino Hamao, Hidenori Goto, Hideki Okamoto, Ritsuko Eguchi, Shin Gohda, Yasuhiko Hayashi, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 18931-18931
  • DOI: 10.1038/srep21008
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of new superconducting materials, CaxK1-xCy (0 < x < 1) (2016)
  • 著者名/発表者名: Huyen T. L. Nguyen, Saki Nishiyama, Masanari Izumi, Lu Zheng, Xiao Miao,Yusuke Sakai, Hidenori Goto, Naohisa Hirao, Yasuo Ohishi, Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Carbon 巻: 100 ページ: 641-646
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2016.01.071
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Correlation of superconductivity with crystal structure in (NH3)yCsxFeSe (2016)
  • 著者名/発表者名: Lu Zheng, Xiao Miao, Yusuke Sakai, Hidenori Goto, Eri Uesugi, Ritsuko Eguchi, Saki Nishiyama, Kunihisa Sugimoto, Akihiko Fujiwara and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 10 ページ: 104508-104508
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.104508
  • NAID: 120006382537
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transistors fabricated using the single crystals of [8]phenacene (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuma Shimo, Takahiro Mikami, Hiroto T. Murakami, Shino Hamao, Hidenori Goto, Hideki Okamoto, Shin Gohda, Kaori Sato, Antonio Cassinese, Yasuhiko Hayashi, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: 3 号: 28 ページ: 7370-7378
  • DOI: 10.1039/c5tc00960j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 1D and 2D Bi compounds in field-effect transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Eri Uesugi, Saki Nishiyama, Hidehiko Akiyoshi, Hidenori Goto, Yoji Koike, Kazuyoshi Yamada, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater. 巻: 1 号: 8 ページ: 199-199
  • DOI: 10.1002/aelm.201500085
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emergence of multiple superconducting phases in (NH3)yMxFeSe (M: Na and Li) (2015)
  • 著者名/発表者名: L. Zheng, X. Miao, Y. Sakai, M. Izumi, H. Goto, S. Nishiyama, E. Uesugi, Y. Kasahara, Y. Iwasa and Y. Kubozono
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 12774-12774
  • DOI: 10.1038/srep12774
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transistor Application of NewPicene-type Molecules, 2,9-Dialkylated Phenanthro[1,2-b:8,7-b’]dithiophenes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono, Keita Hyodo, Hiroki Mori, Shino Hamao, Hidenori Goto, and Yasushi Nishihara
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 巻: C 3 号: 10 ページ: 2413-2421
  • DOI: 10.1039/c4tc02413c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity in aromatic hydrocarbons (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono, Hidenori Goto, Taihei Jabuchi, Takayoshi Yokoya, Takashi Kambe, Yusuke Sakai, Masanari Izumi, Lu Zheng, Shino Hamao, Huyen L.T. Nguyen, Masafumi Sakata, Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu
  • 雑誌名: Physica C: Superconductivity and its Applications 巻: in press ページ: 199-2015
  • DOI: 10.1016/j.physc.2015.02.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emergence of Double-Dome Superconductivity in Ammoniated Metal-Doped FeSe (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanari Izumi, Lu Zheng, Yusuke Sakai, Hidenori Goto, Masafumi Sakata, Yuki Nakamoto, Huyen L. T. Nguyen, Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu, Shingo Araki, Tatsuo C. Kobayashi, Takashi Kambe, Dachun Gu, Jing Guo, Jing Liu, Yanchun Li, Liling Sun, Kosmas Prassides, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 9477-9477
  • DOI: 10.1038/srep09477
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Carrier Accumulation in Graphene with Electron Donor/Acceptor Molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Akiyoshi, H. Goto, E. Uesugi, R. Eguchi, Y. Yoshida, G. Saito, Y. Kubozono
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater. 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1500073-1500073
  • DOI: 10.1002/aelm.201500073
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 数層グラフェンにおけるパリティ効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤秀徳, 上杉英里, 久保園芳博
  • 雑誌名: New Diamond 巻: 114 ページ: 10-14
• [学会発表] 電界効果によるカルコゲナイド層状物質の電子状態の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上杉 英里, 後藤 秀徳, Miao Xiao, He Tong, 太田 弘道, 上野 哲平, 小林 夏野, 秋光 純, 久保園 芳博
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 自己組織化単分子膜と吸着分子を用いた2層グラフェンのバンドギャップ制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内山貴生, 後藤秀徳, 秋吉秀彦, 上杉英里, 江口律子, 長田洋, 西川尚男, 久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 自己組織化単分子膜と分子吸着を用いた数層グラフェンの電子状態制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 後藤秀徳, 内山貴生, 秋吉秀彦, 上杉英里, 江口律子, 齋藤軍治, 吉田幸大, 長田 洋, 西川尚男, 久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Electron transfer between graphene and adsorbed molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Hidehiko Akiyoshi, Takaki Uchiyama, Ritsuko Eguchi and Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: EMN 2D Materials Meeting
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2016-05-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子吸着によるグラフェンの電子状態制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋吉秀彦，後藤秀徳，上杉英里，大山晶子，江口律子，久保園芳博，吉田幸大，齋藤軍治，長田洋，西川尚男
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学(宮城県・仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Electronic properties of graphene with molecular adsorption (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto
  • 学会等名: The 3rd INRS and Okayama University - International Scientific Workshop
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県・岡山市）
• [学会発表] 有機分子吸着によるグラフェンのキャリア蓄積 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋吉秀彦，後藤秀徳，上杉英里，江口律子，吉田幸大，齋藤軍治，久保園芳博
  • 学会等名: 2015年日本化学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山県・岡山市)
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] グラフェン/吸着分子間の電子移動過程 (2015)
  • 著者名/発表者名: 後藤秀徳
  • 学会等名: ナノファンクショナルマテリアルシンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学(岡山県・岡山市)
  • 年月日: 2015-05-13