原子層物質と3次元固体接合の作製と界面構造の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15393
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: LIM HONGEN 東京都立大学, 理学研究科, 特任助教 (20794861)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 化学気相成長法 / １次元 / 遷移金属カルコゲナイド / ナノワイヤー / 多量生成 / 配向制御合成

研究実績の概要

本年度では、これまで開発してきた化学気相成長法（CVD法）を用いて、１次元の遷移金属カルコゲナイド原子細線の多量生成かつ配向制御合成に初めて成功してきた。具体的には、酸化シリコン基板上において、センチメートルスケールのテルル化タングステン(WTe)原子細線のランダムネットワーク薄膜を成長させた。また、成長基板をサファイア基板に変えることにより、WTeネットワークがランダムネットワークから配向性を持つ膜として合成できた。その結晶構造を透過型電子顕微鏡により確認し、断面観察から3次元および2次元的な形状の集合体が形成することが分かった。偏光ラマン分光測定を行った結果、WTeワイヤーが１次元的な偏光依存性を持つことを示した。一方、電子輸送測定により、単一のWTe束が単層カーボンナノチューブ並みの導電性を持つことや、WTe薄膜が金属的な温度依存性を示すことを明らかにした。本発見は、新しい高導電性薄膜の合成技術を実現しただけではなく、１次元ファンデルワールス物質からできた原子厚の2次元物質や3次元的な束構造、そして異種物質とのファンデルワールス接合による機能開拓などを可能にする新しい物質系を提供すると期待される。

今回作製した新たな導電性薄膜に関する特許を出願中であり、また得られた研究結果は論文にまとめ、ナノ材料分野の主要雑誌の一つである「Nano Letters」誌に採択された。本成果は、関連分野である国内・国際会議で発表し、プレスリリースを行った。さらに、「Nature Electronics」やアメリカ科学振興協会（AAAS）のオンラインニュースサイト「EurekAlert!」などで広く紹介されている。

研究成果

• [雑誌論文] Tunable Doping of Rhenium and Vanadium into Transition Metal Dichalcogenides for Two‐Dimensional Electronics (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Shisheng、Hong Jinhua、Gao Bo、Lin Yung‐Chang、Lim Hong En、Lu Xueyi、Wu Jing、Liu Song、Tateyama Yoshitaka、Sakuma Yoshiki、Tsukagoshi Kazuhito、Suenaga Kazu、Taniguchi Takaaki
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: - ページ: 2004438～2004438
  • DOI: 10.1002/advs.202004438
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Air-stable, efficient electron doping of monolayer MoS2 by salt-crown ether treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogura Hiroto、Kaneda Masahiko、Nakanishi Yusuke、Nonoguchi Yoshiyuki、Pu Jiang、Ohfuchi Mari、Irisawa Toshifumi、Lim Hong En、Endo Takahiko、Yanagi Kazuhiro、Takenobu Taishi、Miyata Yasumitsu
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1039/d1nr01279g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wafer-Scale Growth of One-Dimensional Transition-Metal Telluride Nanowires (2020)
  • 著者名/発表者名: Lim Hong En、Nakanishi Yusuke、Liu Zheng、Pu Jiang、Maruyama Mina、Endo Takahiko、Ando Chisato、Shimizu Hiroshi、Yanagi Kazuhiro、Okada Susumu、Takenobu Taishi、Miyata Yasumitsu
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 21 ページ: 243～249
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03456
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Wafer-scale synthesis of 1D transition metal chalcogenide nanowires (2020)
  • 著者名/発表者名: Hong En Lim, Yusuke Nakanishi, Zheng Liu, Jiang Pu, Takahiko Endo, Chisato Ando, Hiroshi Shimizu, Kazuhiro Yanagi, Taishi Takenobu, Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: 第59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
• [学会発表] Controlled, Wafer-Scale Growth of Transition Metal Chalcogenide Nanowires (2020)
  • 著者名/発表者名: Hong En Lim, Yusuke Nakanishi, Zheng Liu, Jiang Pu, Takahiko Endo, Chisato Ando, Hiroshi Shimizu, Kazuhiro Yanagi, Taishi Takenobu and Yasumitsu Miyata
  • 学会等名: 33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 国際学会
• [備考] Transition metal nanowires scale up
  • URL: https://www.nature.com/articles/s41928-021-00540-w
• [備考] Atomic-scale nanowire can now be produced at scale
  • URL: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/tmu-anc121820.php
• [備考] 究極的に細い原子細線からなる大面積薄膜を実現 ～次世代の電子・エネルギーデバイス応用に期待～
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/news/topics/30557.html
• [備考] 究極的に細い原子細線からなる大面積薄膜を実現 ～次世代の電子・エネルギーデバイス応用に期待～
  • URL: https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2020/pr20201214_2/pr20201214_2.html
• [備考] 究極的に細い原子細線からなる大面積薄膜を実現 ～次世代の電子・エネルギーデバイス応用に期待～
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20201214_engg1.pdf
• [産業財産権] 導電膜、導電部材及び導電膜の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 宮田耕充、中西勇介、リムホンエン、遠藤尚彦、安藤千里、清水宏
  • 権利者名: 宮田耕充、中西勇介、リムホンエン、遠藤尚彦、安藤千里、清水宏
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-079285