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ナノ結晶・分子集積による 「2.5次元モアレ超格子」の創製とその物性解明

公募研究

研究領域2.5次元物質科学:社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト
研究課題/領域番号 22H05471
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関立命館大学

研究代表者

毛利 真一郎  立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワードモアレ超格子 / 原子層半導体 / 熱伝導 / 結晶成長 / ファンデルワールスエピタキシー / グラフェン / 遷移金属ダイカルコゲナイド / MoS2 / 原子層材料
研究開始時の研究の概要

本研究では、原子層モアレ超格子上に半導体ナノ結晶や有機分子を積層した「2.5次元モアレ超格子」を創製し、モアレ超格子の局所物性制御を実現することをめざす。
具体的には、まず、申請者が有するMBE法やCVD法による半導体成長技術を活用して、モアレ超格子上に半導体ナノ結晶や有機分子(ナノグラフェン・有機ドナー分子・有機アクセプター分子)を積層させる。ラマン分光やTEM観察によりその構造・組成を同定し、成長条件にフィードバックさせることで構造を最適化する。
さらに、ナノ結晶や分子を介した光ドーピング・励起エネルギー移動が可能かどうかを明らかにし、その知見をもとに局所的にモアレ超格子の物性を制御する手法を確立する。

研究実績の概要

本研究では、グラフェンなどの原子層材料の積層によって形成される原子層モアレ超格子系の物性を、結晶成長や分子吸着などの手法で局所的に制御することを目指している。2023年度は、 (1) モアレ超格子系の金属蒸着による物性制御におけるツイスト角度依存性の解明 (2) モアレ超格子系のラマン分光による熱伝導計測,の研究を中心に行った。また、領域内共同研究で、強誘電分極反転構造上に生成した原子層材料のリモートドーピング制御の研究でも一定の成果が得られている。
主な実績としては、架橋2層グラフェンからなるモアレ超格子系をターゲットに、MBE装置を用いてGa金属ナノ結晶を蒸着したところ、モアレ超格子の周期(2つのグラフェンの積層角度)に応じてラマンシフトの変化に差が生じることを見出した(毛利他、FNTGシンポジウム2024)。
積層角度が20°以上の試料では蒸着によりGモードはあまりシフトせず、2Dモードが低波数側に5 cm^-1ほどシフトする。一方、積層角度が5°から20°では、歪みの影響を受けてG、2Dモードともに低波数側に10 cm^-1ほどシフトした。また、0~5°では、G、2Dモード共に高波数側に大きくシフトする結果が得られた。積層角度により蒸着の形態が大きく変化することを示しており、詳細なメカニズムの解明を目指して現在も研究を進めている。
熱伝導については、架橋ツイスト2層グラフェンモアレ超格子系で、ラマン分光により熱伝導を計測したところ、積層角度が小さくなると熱伝導が小さくなることを示す結果を得た(応用物理2024年3月号)。同様の測定をh-BN/グラフェン系でも進めており、積層角度による変化を観測しているが(兒玉、毛利、第43回電子材料シンポジウム)、試料によるばらつきが多く、その改善を目指しているところである。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 7件)

  • [国際共同研究] Rajshahi大学/Dhaka大学/Sheikh Fojilatunnesa Mujib 科学技術大学(バングラデシュ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] 原子層モアレ超格子系におけるフォノン物性制御2024

    • 著者名/発表者名
      毛利真一郎、荒木努
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 93 号: 3 ページ: 174-177

    • DOI

      10.11470/oubutsu.93.3_174

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2024-03-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Emerging II-VI wide bandgap semiconductor device technologies2024

    • 著者名/発表者名
      Abdul Kuddus, Shaikh Khaled Mostaque, Shinichiro Mouri and Jaker Hossain
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: 99 号: 2 ページ: 022001-022001

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ad1858

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Van der Waals epitaxy of Transferable InGaN Thin Film by RF-MBE Method2024

    • 著者名/発表者名
      Riku Nambu, Shota Hattori, Tsutomu Araki, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      第66回フラーレンナノチューブグラフェン学会総合シンポジウム(FNTG)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Impact of Twist Angle for Raman Shift of Suspended Twisted Bilayer Graphene by Metal Deposition2024

    • 著者名/発表者名
      Shinichiro Mouri, Yuta Kawase, Riku Nanbu, Kosei Beniya, Yusuke Kodama, Tsutomu Araki
    • 学会等名
      第66回フラーレンナノチューブグラフェン学会総合シンポジウム(FNTG)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Growth of MoS2 on Al1-xTixOy by Chemical Vapor Deposition2024

    • 著者名/発表者名
      Koshiro Kawakami, Syunsuke Yamamura, Abdul Kuddus, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      第66回フラーレンナノチューブグラフェン学会総合シンポジウム(FNTG)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Performance Analysis of MoS2/WSe2 Complementary Field-Effect Transistors2024

    • 著者名/発表者名
      Yeasin Arafat Pritom, Abdul A Kuddus, Jaker Hossain, Md Rasidul Islam, Shinichiro Mouri, Mainul Hossain
    • 学会等名
      2024年春季第71回応用物理学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ミストCVD法によるα-Ga2O3のリモートヘテロエピタキシー2024

    • 著者名/発表者名
      神田 将熙、金子 健太郎、毛利 真一郎
    • 学会等名
      2024年春季第71回応用物理学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Nanolaminated Mist CVD High-κ AlOx/TixAl1-xOy/TiO2 films on P+-Si for TMDCs-MOSFETs2024

    • 著者名/発表者名
      Abdul A Kuddus, Kojun Yokoyama, Mainul Hossain, Jaker Hossain, Rasidul Islam, keiji Ueno, Shinichiro Mouri, Hajime Shirai
    • 学会等名
      2024年春季第71回応用物理学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] MBE法を用いたファンデルワールスエピタキシーによる転写可能なInGaN成長2024

    • 著者名/発表者名
      南部 利矩、服部 翔太、荒木 努、毛利 真一郎
    • 学会等名
      2024年春季第71回応用物理学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Modulation of carrier density of 1L-MoS2 using periodically polarization-inversed structure2023

    • 著者名/発表者名
      Kaipeng Rong, Ryosuke Noro, Hayato Nishigaki, Mingda Ding, Yao Yao, Taiki Inoue, Ryuji Katayama, Yoshihiro Kobayashi, Kazunari Matsuda, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      The 23th International Conference on the Science and Applications of Nanotubes and Low-Dimensional Materials (NT23)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二酸化炭素をエッチングガスとして用いた窒化ガリウム上へのグラフェンCVD成長2023

    • 著者名/発表者名
      植野 康大, 薮田 翔平, 荒木 努, 毛利 真一郎
    • 学会等名
      第15回ナノ構造エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN上形成ピットを活用したMoS2のCVD成長2023

    • 著者名/発表者名
      流石 新生,河瀬 流星,荒木 努, 毛利 真一郎
    • 学会等名
      第15回ナノ構造エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Few-Layer MoS2 and WS0.3Se1.7 on AIN and AlTiO/P+-Si for Energy Device Applications2023

    • 著者名/発表者名
      A. Kuddus, K. Yokoyama, K. Ueno, H. Shirai, S. Mouri
    • 学会等名
      Graphene 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mist CVD Atomic Few-Layer 2D Transition Metal-Dichalcogenides: MoS2,WS2 and WS2Se2-x for Electronic and Photovoltaic Devices2023

    • 著者名/発表者名
      A. Kuddus, K. Yokoyama, K. Ueno, S. Mouri , H. Shirai
    • 学会等名
      2D Transition metal dichalcogenides
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Few-Layer WS2Se2-x on High-κ AlxTi1-xOy Dielectric Using Consistent Mist CVD and Applied in MOSFETs Devices2023

    • 著者名/発表者名
      A. Kuddus, K. Yokoyama, K. Ueno, S. Mouri, H. Shirai
    • 学会等名
      第65回フラーレンナノチューブグラフェン学会総合シンポジウム(FNTG)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Remote charge density modulation of monolayer MoS2 using periodically polarization-inversed ferroelectric substrate2023

    • 著者名/発表者名
      Kaipeng Rong, Ryosuke Noro, Hayato Nishigaki, Mingda Ding, Yao Yao, Taiki Inoue, Ryuji Katayama, Yoshihiro Kobayashi, Kazunari Matsuda, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      第65回フラーレンナノチューブグラフェン学会総合シンポジウム(FNTG)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] CVD法による架橋2層h-BN上へのグラフェンナノ構造成長2023

    • 著者名/発表者名
      利根川 舜、河瀬 裕太、毛利 真一郎
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Remote charge modulation effect of monolayer MoS2 using periodically polarization-inverted structure and hBN spacer layer2023

    • 著者名/発表者名
      Kaipeng Rong, Ryosuke Noro, Hayato Nishigaki, Mingda Ding, Yao Yao, Taiki Inoue, Ryuji Katayama, Yoshihiro Kobayashi, Kazunari Matsuda, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      JSPA-OSA jyoint symposia 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decomposition and Size Distribution Monitoring of AlTiO and MoS2 Precursor Mist Particles using a Fast-Scanning Mobility Particle Sizer2023

    • 著者名/発表者名
      A. Kuddus, K. Yokoyama, K. Ueno, S. Mouri, H. Shirai,
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Thermal conductivity of graphene/h-BN moire superlattice2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Kodama, J. Doi, S. Mouri
    • 学会等名
      The 42nd Electronic Materials Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Spatial and remote charge density modulation methodfor MoS2 using periodically polarization inversed MgO: LiNbO32023

    • 著者名/発表者名
      Kaipeng Rong, Ryosuke Noro, Hayato Nishigaki, Mingda Ding, Yao Yao, Taiki Inoue, Ryuji Katayama, Yoshihiro Kobayashi, Kazunari Matsuda, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Synthesis of MoS2 and WS2Se2-x on High-κ AlxTi1-xOy Using Mist CVD Toward Transfer-free MOSFETs Devices2023

    • 著者名/発表者名
      Abdul Kuddus, Kojun Yokoyama, Keiji Ueno, Shinichiro Mouri, Hajime Shirai
    • 学会等名
      36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mist CVD Modulated High-κ a-Al1-xTixOy Films for p-WS0.3Se0.7-channel MOSFETs2023

    • 著者名/発表者名
      Abdul Kuddus, Kojun Yokoyama, Keiji Ueno, Shinichiro Mouri, Hajime Shirai
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CVD成長による窒化物半導体上へのMoS2直接成長における基板アニーリング効果2023

    • 著者名/発表者名
      河瀬 流星, 流石 新生, Kuddus Abdul, 三宅 秀人, 荒木 努, 毛利 真一郎
    • 学会等名
      第52回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Ar/O2キャリアガスを用いた窒化物半導体上へのMoS2のCVD成長2023

    • 著者名/発表者名
      河瀬 流星、流石 新生、Rong Kaipeng、Kuddus Abdul、三宅 秀人、荒木 努、毛利 真一郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Few-layer 2D Transition Metal-Dichalcogenides for Electronics and Optoelectronics: A Prospective of Mist CVD2023

    • 著者名/発表者名
      Abdul A Kuddus、Kojun Yokoyama、Shinichiro Mouri、Hajime Shirai
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Growth of Nanographene on the Suspended Bilayer h-BN Membrane2023

    • 著者名/発表者名
      Shun TONEGAWA, Yuta KAWASE, Tomohiro ASADA, Shinichiro MOURI
    • 学会等名
      The 64st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Doping effect of MoS2 using periodically polarization-inversed structure2023

    • 著者名/発表者名
      Kaipeng Rong, Ryosuke Noro, Hayato Nishigaki, Mingda Ding, Yao Yao, Taiki Inoue, Ryuji Katayama, Yoshihiro Kobayashi, Shinichiro Mouri
    • 学会等名
      The 64st Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] CVD法によるGaN上への原子層半導体MoS2成長における基板極性の影響2022

    • 著者名/発表者名
      河瀬 流星, 流石 新生, Rong Kaipeng, 荒木 努, 毛利 真一郎
    • 学会等名
      第14回ナノ構造エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Surface Potential Measurement of MoS2 on Ga-face and N-face GaN substrates by KFM2022

    • 著者名/発表者名
      K. Rong, T. Araki, and S. Mouri
    • 学会等名
      41th Electronic Materials Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 金属ナノ粒子の蒸着による架橋2層グラフェンラマンスペクトルの変調2022

    • 著者名/発表者名
      河瀬 裕太、多田村 充、荒木 努、毛利 真一郎
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-06-20   更新日: 2024-12-25  

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