１次元ヘテロエピタキシーによる面内複合原子層系の開拓

• 研究領域: 原子層科学
• 研究課題/領域番号: 16H00918
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 宮田 耕充 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (80547555)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 原子層物質 / 原子層 / ナノ材料

研究実績の概要

H29年度は、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)の面内ヘテロ構造の結晶成長を中心とした研究を進めてきた。結晶成長に関しては、酸化物および有機金属原料を用いて、TMDCの大面積結晶の成長や面内ヘテロ構造の合成プロセスの開発を行った。特に、塩化ナトリウムや臭化カリウムなどの塩を成長補助剤として利用することで、どちらの原料においても10倍～1000倍程度まで結晶のサイズを向上できることを見出してきた。酸化物原料の場合には、得られた単層TMDCの単結晶は最大で0.5mm程度になる。この結果は、これまで報告されてきたTMDC単結晶の中でも最大級のサイズになり、今後様々な物性測定への展開が期待される。また、面内ヘテロ構造については、二段階目の成長において母体となるTMDCの劣化が問題となっていた。この課題を解決するために、金属とカルコゲン原料の供給レートに関する合成条件を中心に検討し、TMDCの結晶性の向上を進めてきた。高結晶性TMDCを利用して、二段階目の合成を行うことで、母体となるTMDC結晶の劣化を抑制することに成功した。この成果により、シリコンやサファイアを含む様々な基板上に大面積の面内ヘテロ構造を収率良く合成出来るようになってきている。現在まで、有機金属・カルコゲン原料を利用した場合は、モリブンデン、タングステン、硫黄、セレンの組み合わせより、６種類の異なる面内ヘテロ構造を合成が可能になっている。これらの成果を発展させることで、様々なTMDC面内ヘテロ構造を利用した光・電子デバイスや原子層を用いた超格子の実現などへの展開が期待される。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] Clean and polymer-free transfer of CVD-grown graphene films on hexagonal boron nitride substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Fujihara, S. Ogawa, S. Yoshimura, R. Inoue, Y. Maniwa, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Shinohara, Y. Miyata
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 56 号: 5 ページ: 055102-055102
  • DOI: 10.7567/jjap.56.055102
  • NAID: 210000147726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation-controlled growth of hexagonal boron nitride monolayers templated from graphene edges (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Maeda, Y. Miyata, H. Hibino, Y. Kobayashi, R. Kitaura, H. Shinohara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 10 号: 5 ページ: 055102-055102
  • DOI: 10.7567/apex.10.055102
  • NAID: 210000135848
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Purification of 1.9-nm-diameter semiconducting single-wall carbon nanotubes by temperature-controlled gel-column chromatography and its application to thin-film transistor devices (2017)
  • 著者名/発表者名: B. Thendie, H. Omachi, J. Hirotani, Y. Ohno, Y. Miyata, H. Shinohara
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 56 号: 6 ページ: 065102-065102
  • DOI: 10.7567/jjap.56.065102
  • NAID: 120006343665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Out-of-Plane Strain Induced in a Moiré Superstructure of Monolayer MoS2 and MoSe2 on Au(111) (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yasuda, R. Takahashi, R. Osaka, R. Kumagai, Y. Miyata, S. Okada, Y. Hayamizu, K. Murakoshi
  • 雑誌名: Small 巻: 13 号: 31 ページ: 1700748-1700748
  • DOI: 10.1002/smll.201700748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy on MoS2 embedded nanowire formed in CVD-grown Mo1_xWxS2 alloy (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mogi, Y. Kobayashi, A. Taninaka, R. Sakurada, T. Takeuchi, S. Yoshida1, O. Takeuchi, Y. Miyata, H. Shigekawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 56 号: 8S1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.7567/jjap.56.08lb06
  • 査読あり
• [雑誌論文] Y. Kobayashi, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Maniwa, Y. Miyata (2017)
  • 著者名/発表者名: Slidable atomic layers in van der Waals heterostructures
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 10 号: 4 ページ: 045201-045201
  • DOI: 10.7567/apex.10.045201
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modulation of electrical potential and conductivity in an atomic-layer semiconductor heterojunction (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kobayashi, S. Yoshida, R. Sakurada, K. Takashima, T. Yamamoto, T. Saito, S. Konabe, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. Maniwa, O. Takeuchi, H. Shigekawa, Y. Miyata
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 31223-31223
  • DOI: 10.1038/srep31223
  • NAID: 120007129481
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Growth and optical properties of Nb-doped WS monolayers (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki, Y. Kobayashi, Z. Liu, K. Suenaga, Y. Maniwa, Y. Miyauch, Y. Miyata
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 7 ページ: 071201-071201
  • DOI: 10.7567/apex.9.071201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local optical absorption spectra of h-BN-MoS2 van der Waals heterostructure revealed by scanning near-field optical microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Nozaki, Y. Kobayashi, Y. Miyata, Y. Maniwa, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Yanagi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 号: 6S1 ページ: 06GB01-06GB01
  • DOI: 10.7567/jjap.55.06gb01
  • NAID: 210000146604
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Growth and characterization of atomic-layer heterostructures (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: International Workshop on Frontier and Cutting-edge Technologies over 2D Materials (FaCeTo2D:2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Semiconductor heterojunctions based on 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ファンデルワールスヘテロ構造における スライド可能な原子層 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: 日本表面科学会「摩擦の科学」研究部会シンポジウム「様々な界面の摩擦・凝着制御の最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] Semiconductor heterojunctions based on 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: 12th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子層ヘテロ構造の合成と機能開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: 東京理科大学ナノカーボン研究部門ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 機能性 2次元カルコゲナイドの成長と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] ファンデルワールスヘテロ構造におけるスライド可能な原子層 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: 電通大ナノトライボロジー研究センター第一回シンポジウム「表面・界面の物理と摩擦」
  • 招待講演
• [学会発表] Semiconductor Heterojunctions Based on 2D Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Semiconductor heterojunctions based on 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田耕充
  • 学会等名: 2017 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Growth and electronic properties of MoS2/WS2 lateral heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyata
  • 学会等名: The 9th Singapore International Chemical Conference (SICC-9)
  • 発表場所: シンガポール国立大学
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子層ヘテロ構造の成長と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田 耕充
  • 学会等名: 2016年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2016-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] 面内原子層ヘテロ接合の成長と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田 耕充
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
  • 年月日: 2016-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] Growth and characterization of in-plane atomic layer heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyata
  • 学会等名: 第51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
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター [かでる2.7]
  • 年月日: 2016-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] 遷移金属ダイカルコゲナイド原子層の成長と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田 耕充
  • 学会等名: シリコン材料・デバイス研究会 (SDM), MOSデバイス・メモリ高性能化－材料・プロセス技術
  • 発表場所: 東京工業大学キャンパスイノベーションセンター
  • 年月日: 2016-06-29
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/miyata/index.html