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2020 年度 実績報告書

ナノ発電素子実現のための革新的層状圧電材料の特性実証

研究課題

研究課題/領域番号 19K21956
研究機関東京大学

研究代表者

長汐 晃輔  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20373441)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
キーワード2次元強誘電体 / SnS / 環境発電
研究実績の概要

単層SnSは優れた圧電・強誘電特性が理論的に予想されてきたものの,材料合成の難しさから実験的には未開拓な材料であった.本研究では,マイクロメータサイズかつ高結晶な単層SnSの合成技術を世界に先駆けて開発した.ポイントは,出発試料粉末内の不純物の把握である.XRDによりSn2S3が少量含まれることを確認し,これが基板表面でSリッチな環境になり単層SnSが安定に成長したと考えられる.このSnSの強誘電特性を電気特性から実証した.環境発電への応用研究においてはやっとスタートラインに立てたという段階である.また,MoS2をモデル材料としてフレキシブルデバイスの作製と発電評価を行なったが,予想通り発電パワー密度は100 nW/cm2級にとどまり実用化へは程遠い.しかし,MoS2よりも2桁大きな圧電特性が予想されているSnSを用いることで1 uW/cm2級のパワー密度が望める.さらに,成長中にらせん転位を導入しらせんを描くように成長させることによって,中心対称性を制御した多層SnSの形成が可能であることが明らかになった.実際に,単層膜厚よりも少しだけ低い段差をもつ基板上に成長することによって,1層目が段差を乗り越えてらせん状に成長することが明らかになってきている.この技術はパワー密度の大幅な向上を可能にし,基礎研究にとどまっている2次元圧電・強誘電材料を革新的ウェアラブルIoTなどのデバイス応用へ飛躍させると期待できる.

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 図書 (4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National Chiao Tung University(台湾)

    • 国名
      台湾
    • 外国機関名
      National Chiao Tung University
  • [雑誌論文] Quantum-mechanical effect in atomically thin MoS 2 FET2020

    • 著者名/発表者名
      Fang Nan、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      2D Materials

      巻: 7 ページ: 014001~014001

    • DOI

      10.1088/2053-1583/ab42c0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of Interlayer Stacking on Gate-Induced Carrier Accumulation in Bilayer MoS22020

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Mina、Nagashio Kosuke、Okada Susumu
    • 雑誌名

      ACS Applied Electronic Materials

      巻: 2 ページ: 1352~1357

    • DOI

      10.1021/acsaelm.0c00139

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Purely in-plane ferroelectricity in monolayer SnS at room temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Higashitarumizu Naoki、Kawamoto Hayami、Lee Chien-Ju、Lin Bo-Han、Chu Fu-Hsien、Yonemori Itsuki、Nishimura Tomonori、Wakabayashi Katsunori、Chang Wen-Hao、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16291-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Isothermal Growth and Stacking Evolution in Highly Uniform Bernal-Stacked Bilayer Graphene2020

    • 著者名/発表者名
      Sols-Fernandez Pablo、Terao Yuri、Kawahara Kenji、Nishiyama Wataru、Uwanno Teerayut、Lin Yung-Chang、Yamamoto Keisuke、Nakashima Hiroshi、Nagashio Kosuke、Hibino Hiroki、Suenaga Kazu、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 14 ページ: 6834~6844

    • DOI

      10.1021/acsnano.0c00645

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hexagonal Boron Nitride As an Ideal Substrate for Carbon Nanotube Photonics2020

    • 著者名/発表者名
      Fang N.、Otsuka K.、Ishii A.、Taniguchi T.、Watanabe K.、Nagashio K.、Kato Y. K.
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 7 ページ: 1773~1779

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.0c00406

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding interface properties in 2D heterostructure FETs2020

    • 著者名/発表者名
      Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 35 ページ: 103003~103003

    • DOI

      10.1088/1361-6641/aba287

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding the Memory Window Overestimation of 2D Materials Based Floating Gate Type Memory Devices by Measuring Floating Gate Voltage2020

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Taro、Ueno Keiji、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nishimura Tomonori、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      Small

      巻: 16 ページ: 2004907~2004907

    • DOI

      10.1002/smll.202004907

    • 査読あり
  • [雑誌論文] All 2D Heterostructure Tunnel Field-Effect Transistors: Impact of Band Alignment and Heterointerface Quality2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Keigo、Nagamura Naoka、Ueno Keiji、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Nagashio Kosuke
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 12 ページ: 51598~51606

    • DOI

      10.1021/acsami.0c13233

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carrier Distribution Control in van der Waals Heterostructures of MoS2 and WS2 by Field-Induced Band-Edge Engineering2020

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Mina、Nagashio Kosuke、Okada Susumu
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 14 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.14.044028

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micrometer-scale monolayer SnS growth by physical vapor deposition2020

    • 著者名/発表者名
      Kawamoto H.、Higashitarumizu N.、Nagamura N.、Nakamura M.、Shimamura K.、Ohashi N.、Nagashio K.
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 12 ページ: 23274~23281

    • DOI

      10.1039/d0nr06022d

    • 査読あり
  • [学会発表] "Interface engineering for 2D laVirtual MRS Syered semiconductors",2020

    • 著者名/発表者名
      K. Nagashio,
    • 学会等名
      2020 pring/Fall meeting, (Nov./Dec. 2020, online, USA).
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "In-plane ferroelectricity in monolayer SnS",2020

    • 著者名/発表者名
      K. Nagshio,
    • 学会等名
      6th international Workshop on 2D Materials 2020, supported by A3 Foresight Program, (Sep. 24-25, 2030, Online).
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ”2次元電子デバイス”,2020

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔,
    • 学会等名
      応用物理学会東海支部55周年記念講演,東海ニューフロンティアリサーチワークショップ,(2020年12月-1月,online on-demand).
    • 招待講演
  • [学会発表] "2次元材料の電子デバイス応用",2020

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔,
    • 学会等名
      FNTG学会リレーウェビナー, (2020年6月30日, zoom webinar).
    • 招待講演
  • [図書] "完全二次元層状ヘテロ2層グラフェントランジスタ", グラフェンから広がる二次元物質の新技術と応用,2020

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔,
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス, 東京, 2020, pp. 33-41
  • [図書] "MoS2 FETにおけるゲート容量の理解", グラフェンから広がる二次元物質の新技術と応用,2020

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔,
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス, 東京, 2020, pp. 183-191.
  • [図書] "2次元層状トンネルFET", ポストグラフェン材料の創製と用途開発最前線,2020

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔,
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス, 東京,2020, pp. 251-260.
  • [図書] "2次元層状ヘテロFETにおける界面特性制御",2020

    • 著者名/発表者名
      長汐晃輔,
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      応用物理, 2020, 89, 139-146.
  • [備考] 東大マテリアル・長汐研

    • URL

      http://webpark1753.sakura.ne.jp/nagashio_lab/

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公開日: 2021-12-27  

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