| 研究課題/領域番号 |
19K15392
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
蓬田 陽平 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (90647158)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 遷移金属カルコゲナイドナノチューブ |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、層状物質を筒状に巻いた遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブ（TMDC-NT）の合成技術を開発し、これまでに開発してきた分離精製技術と組み合わせることで、未だ実現されていない１次元性を有する均一なTMDC-NTを創製すること、１次元性を反映した物性やバルク・２次元系を超えるデバイス応用を実現することを目的とする。２０２０年度は、本目的の達成に向けた課題として、１次元TMDC-NTの創出に必要となる①小直径TMDC-NTの合成技術の開発・進化、新奇物性開拓およびデバイス応用の要となる②異種元素TMDCへの展開に取り組み、以下を実現した。
①小直径TMDC-NTの合成技術の開発・進化：前年度開発した液相合成ナノワイヤを用いた小直径TMDC-NTの合成法をカルコゲン化の開始時間・温度の精密制御により進化させ、これまでの合成法において問題となっていた構造不純物の生成を抑制し、小直径かつ均一なWS2-NTの合成に成功した。並行して、前年度構築した合成装置を用いて、気相合成ナノワイヤを前駆体としたTMDC-NTの新規合成法を確立し、液相合成試料よりも長尺のWS2-NT・WSe2-NTの合成に成功した。
②異種元素TMDCへの展開：液相法に加え、気相法・酸化法等のナノワイヤ合成法を駆使し、TMDC-NTの合成技術を様々な異種元素TMDCに展開した。得られる構造は元素に依存して異なり、WS2・WSe2・MoS2・MoSe2ではナノチューブ、NbS2・NbSe2ではコアシェル型のナノワイヤ、WTe2ではリボン型のナノワイヤが得られた。それらの比較により、カルコゲン化前後での化合物の体積変化が少ないTMDCがナノチューブになる傾向を見いだし、今後の異種元素展開に重要な指針を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究は、TMDC-NTの合成技術を開発し、分離精製技術と組み合わせることで、１次元性を有する均一なTMDC-NTを創製すること、１次元性を反映した物性やバルク・２次元系を超えるデバイス応用を実現することを目的としている。２０２０年度は、本目的の達成に向けた課題として、①小直径TMDC-NTの合成技術の開発・進化、②異種元素TMDCへの展開に着手し、当初の目標を十分に達成することができた。
①に関しては、液相合成ナノワイヤを用いた小直径TMDC-NTの合成法における構造不純物生成の問題を解決し、デバイス応用の要となる構造の均一性を向上した。これより、研究計画段階の想定よりも良質な試料が得られる状況を達成できている。
②に関しては、半導体のMoS2・MoSe2に加え、金属型のNbS2・NbSe2、半金属型のWTe2と、当初対象としていたほぼ全てのTMDCに展開でき、MoS2-NT・MoSe2-NTの合成、NbS2・NbSe2コアシェルナノワイヤの合成に成功した。特に、MoS2-NT・MoSe2-NTは合成が難しいTMDC-NTと知られており、本成果は予想以上の成果である。また、NbS2・NbSe2コアシェルナノワイヤは、中空構造ではないもののTMDCがナノワイヤの外殻を形成しており、ナノチューブ同様のユニークな物性が期待される。このように、通常の２次元系とは異なる構造を有する試料が複数の組成で得られており、当初の計画以上の進展が得られたと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、これまでに開発してきた合成技術をさらに進化させるとともに、当初予定していた分離精製技術との組み合わせによる１次元TMDC-NTの創製に挑戦する。具体的には、分散剤を用いてナノワイヤ前駆体の孤立分散および分離精製を行い、その後カルコゲン化により得られるTMDC-NTの低次元化および均一化を目指す。並行して、得られたTMDC-NT・TMDCコアシェルナノワイヤを用いて新奇物性開拓およびデバイス応用に挑戦する。具体的には、TMDC-NTのデバイスを作製し、伝導特性や光学特性を測定し、バルク・２次元系とは異なるユニークな物性の開拓を目指す。また、これまでに開発してきた合成技術や異種元素展開の知見を活かし、TMDC-NTを基材としたヘテロ構造作製にも挑戦する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度参加を予定していた複数の学会がオンラインに変更になったため、計上していた旅費が必要なくなり、次年度使用額が生じた。当該助成金は、次年度の旅費もしくは実験用の消耗品に当てる。
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