2019 年度研究成果報告書

高エネルギーイオン照射によるグラフェンへのヘテロ原子局所パターンドーピング

研究課題

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研究課題/領域番号	17K18373
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	量子ビーム科学薄膜・表面界面物性
研究機関	国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
研究代表者	圓谷志郎国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (40549664)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	グラフェン / 量子ビーム / イオン照射
研究成果の概要	グラフェンをはじめとする二次元層状物質の原子レベルの構造制御によって電子状態や物理的性質の制御を可能にするために，二次元層状物質と異種原子を含む薄膜とのヘテロ構造に高エネルギー重イオンを照射することで任意の異種原子をドーピングする方法（高エネルギーイオン照射法）の開発を行った。同手法を用いることにより，グラフェンや六方晶窒化ホウ素にフッ素や種々の原子をドーピングし，新たな二次元層状物質化合物を作製することに成功した。さらに，微細なパターン形成を行ったヘテロ構造に高エネルギーイオンを照射することでグラフェンの任意の局所領域のみにフッ素原子をパターンドーピングすることに成功した。
自由記述の分野	材料科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究の成果によって，高エネルギーイオン照射による局所ドーピング法は，従来の化学的手法では実現困難なグラフェンをはじめとした二次元層状物質のドーピング状態の幅広い制御に加えて，二次元層状物質薄膜上の微小領域に位置選択的なドーピングが可能であることが明らかになった。本技術を発展させることで，局所構造制御により電子・スピン機能を構築したグラフェンや二次元層状物質を用いたデバイスの実現を可能にし，ナノエレクトロニクスやスピントロニクスの技術に新たな進歩をもたらすことが期待される。