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2023 年度 実績報告書

低次元状態の埋め込みに基づく新物質科学

研究課題

研究課題/領域番号 23H05469
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

北浦 良  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (50394903)

研究分担者 松田 一成  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)
岩崎 拓哉  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (50814274)
岡田 晋  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
研究期間 (年度) 2023-04-12 – 2028-03-31
キーワード二次元ヘテロ構造 / 超構造 / 機能開拓 / 量子ドット
研究実績の概要

本年度は、計画通り低次元電子状態の埋め込み法の確立を主として研究を進めた。具体的には、有機金属化学気相成長(MOCVD)法を用いた二次元ヘテロ構造の原子スケールの成長制御とナノデバイス作製を組み合わせた手法の開拓である。これを進めるに当たり、初めに装置の移設を行った。これは、昨年度に代表者が名古屋大学から物質・材料研究機構へ異動したことに伴うもので、MOCVD法の装置を一度解体したのち再構築することに時間を要することとなった。これに伴い、すべての配管をチェックしなおし問題のある個所を新品に置き換えるとともに、原料のボトル内の圧力を一定にするためのプレッシャーレギュレータを設置し、各原料ラインへの逆止弁の設置や質量分析計の追加などのアップグレードを実施した。これによってリークの有無や原料の供給量がリアルタイムで監視できるようになり、より制御性が高まった。また、上記した移設・アップグレードと並行して新しいMOCVD装置の開発も進め、成長チャンバー、フローコントローラ、原料供給系などの主要な部分の設置を完了した。この新しいMOCVD装置では成長チャンバーのシャワーヘッド部のデザインを変更し、より原料が混合しやすくなるようにするとともに、ラマン分光による成長過程のその場観察を実施するために必要となる観察ポートを増設してある。
上記した装置の整備に加えて、種々の接合系の構造解析と第一原理計算によるキャリア蓄積の解析を行った。構造解析では、原子分解能電子顕微鏡観察とイメージシミュレーションを組み合わせることで、ナノスケール接合構造の実現を明らかにした。また、キャリア蓄積の解析では、ゲート電圧の印加によってナノスケールの接合構造に特徴的な0および1次元のキャリア蓄積が起きることを明らかにした。いずれも、次年度以降の研究の基盤となる知見である。

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

代表者の異動が合ったにも関わらず、装置の移設および拡張を行い再稼働にこぎつけることができた。さらに新たな装置の設置も行い、次年度以降の研究の基盤を築くことができた。以上から、当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

今後は、初年度に築いた基盤をもとに多様な接合系を構築しその構造解析と光・電気特性の解明を進めていく。本年前半は、再構築した成長装置を使って種々の接合系を作製しその構造解析と光学特性の観測を進め、接合系に特徴的な励起状態の観測とその電場制御を行っていきたい。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] ウィーン大学(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      ウィーン大学
  • [国際共同研究] シレジア大学(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      シレジア大学
  • [雑誌論文] Insulating 6,6‐Phenyl‐C61‐butyric Acid Methyl Ester on Transition‐Metal Dichalcogenides: Impact of the Hybrid Materials on the Optical and Electrical Properties2024

    • 著者名/発表者名
      Canton‐Vitoria Ruben、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 30 ページ: e202400150-1~14

    • DOI

      10.1002/chem.202400150

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photo-thermoelectric effect-driven detection of optical communication light in graphene/hBN heterostructures2024

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Takuya、Sato Yodai、Ogo Makoto、Oh Byunghun、Kozawa Daichi、Kitaura Ryo、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Moriyama Satoshi、Fujikata Junichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 ページ: 030903~030903

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad2bd6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides2024

    • 著者名/発表者名
      Kaneda Masahiko、Zhang Wenjin、Liu Zheng、Gao Yanlin、Maruyama Mina、Nakanishi Yusuke、Nakajo Hiroshi、Aoki Soma、Honda Kota、Ogawa Tomoya、Hashimoto Kazuki、Endo Takahiko、Aso Kohei、Chen Tongmin、Oshima Yoshifumi、Yamada-Takamura Yukiko、Takahashi Yasufumi、Okada Susumu、Kato Toshiaki、Miyata Yasumitsu
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 18 ページ: 2772~2781

    • DOI

      10.1021/acsnano.3c05681

  • [雑誌論文] Structural modulation of bilayer graphene under an external electric field and carrier doping2024

    • 著者名/発表者名
      Sultana Nadia、Gao Yanlin、Maruyama Mina、Okada Susumu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 17 ページ: 035001~035001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ad2ecc

  • [雑誌論文] Trans-dimensionality of electron/hole channels in multilayer in-plane heterostructures comprising graphene and hBN superlattice2024

    • 著者名/発表者名
      Zhang Hui、Gao Yanlin、Maruyama Mina、Okada Susumu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 ページ: 015004~015004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad1718

  • [雑誌論文] Formation of a one-dimensional hole channel in MoS2 by structural corrugation2023

    • 著者名/発表者名
      Gao Yanlin、Nakajima Haruna、Maruyama Mina、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Kitaura Ryo、Okada Susumu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 ページ: 015001~015001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acaae0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An observation of a photovoltaic effect in MoS2 nanoribbons fabricated with a top-down approach2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Shaochun、Xue Mengsong、Zeng Fanyu、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 ページ: 035003~035003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acbf9f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field-effect transistor antigen/antibody-TMDs sensors for the detection of COVID-19 samples2023

    • 著者名/発表者名
      Canton-Vitoria Ruben、Sato Kotaro、Motooka Yashiro、Toyokuni Shinya、Liu Zheng、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 15 ページ: 4570~4580

    • DOI

      10.1039/d2nr06630k

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of the photovoltaic effect in a van der Waals heterostructure2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Shaochun、Maruyama Mina、Okada Susumu、Xue Mengsong、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Hashimoto Kazuki、Miyata Yasumitsu、Canton-Vitoria Ruben、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 15 ページ: 5948~5953

    • DOI

      10.1039/d2nr06616e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Transition Metal Dichalcogenide Nanoribbons Based on a Controllable O2 Etching2023

    • 著者名/発表者名
      Canton-Vitoria Ruben、Hotta Takato、Xue Mengsong、Zhang Shaochun、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 3 ページ: 775~784

    • DOI

      10.1021/jacsau.2c00536

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Assessment of valley coherence in a high-quality monolayer molybdenum diselenide2023

    • 著者名/発表者名
      Urano Yuto、Xue Mengsong、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 ページ: 065003~065003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acd985

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Localized Excitons in Zn-Porphyrin Covalently Functionalized MoS2 and WS<sub>2</sub>2023

    • 著者名/発表者名
      Canton-Vitoria Ruben、Hotta Takato、Tanuma Yuri、Sideri Ioanna K.、Tagmatarchis Nikos、Ewels Chris、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 127 ページ: 10699~10708

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c08009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gate-modulated reflectance spectroscopy for detecting excitonic states in two-dimensional semiconductors2023

    • 著者名/発表者名
      Xue Mengsong、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Kitaura Ryo
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 123 ページ: 063101-1~6

    • DOI

      10.1063/5.0159245

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetics and electronic structure of bilayer Janus WSSe2023

    • 著者名/発表者名
      Gao Yanlin、Okada Susumu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 ページ: 075004~075004

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ace33d

  • [雑誌論文] Electronic structure of graphene thin films under a perpendicular electric field2023

    • 著者名/発表者名
      Sultana Nadia、Maruyama Mina、Gao Yanlin、Okada Susumu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 ページ: 075001~075001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acde66

  • [学会発表] Gate-modulated reflectance spectroscopy for detecting excitonic states in two-dimensional semiconductors2024

    • 著者名/発表者名
      XUE, Mengsong, WATANABE, Kenji, TANIGUCHI, Takashi, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      APS March Meeting 2024
  • [学会発表] The Investigation of Bulk Photovoltaic Effect in 3R-MoS2 through Strain and Gate Modulation2024

    • 著者名/発表者名
      ZHANG, Shaochun, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      第66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] Bayesian Optimization of Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Growth of Monolayer WS22024

    • 著者名/発表者名
      ZHANG, Feng, ZENG, Fanyu, KOZAWA, Daichi, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      第66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] 2D-materials-based Heterostructures2023

    • 著者名/発表者名
      Kitaura Ryo
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 二次元物質・ヘテロ構造の 構築と機能探索.2023

    • 著者名/発表者名
      北浦 良
    • 学会等名
      量子材料薄膜の結晶成長研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Modulated Spectroscopy for Probing Excitonic States of 2D Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Kitaura, Ryo
    • 学会等名
      13th A3 symposium on emerging materials. 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Heterostructures based on Two-dimensional Materials2023

    • 著者名/発表者名
      KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      65th KVS Summer Annual Conference and IFFFM 2023
    • 招待講演
  • [学会発表] 2次元物質の科学 分子・原子を自在に操る技術とナノアーキテクトニクス2023

    • 著者名/発表者名
      北浦 良
    • 学会等名
      NIMS公開 オープンハウス2023 MANA E1講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 新奇半導体創出に基づくバンドギャップエンジニアリング2023

    • 著者名/発表者名
      北浦 良
    • 学会等名
      JST SICORP V4 中間ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Heterostructures based on Two-Dimensional materials2023

    • 著者名/発表者名
      KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      NT23 (THE 23RD INTERNATIONAL CONFERENCE on the Science and Applications of Nanotubes and Low-Dimensional Materials)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gate-modulated reflectance spectroscopy for detecting excitonic species in two-dimensional semiconductors2023

    • 著者名/発表者名
      KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      2023 1st Nano carbon Study Group
    • 招待講演
  • [学会発表] An Efficient Fabrication of Two-Dimensional Heterostructures2023

    • 著者名/発表者名
      KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      第14回エネルギー理工学研究所国際シンポジウム
  • [学会発表] Assessment of valley coherence in a high-quality monolayer molybdenum diselenide2023

    • 著者名/発表者名
      浦野 裕斗, 薛 梦松, WATANABE, Kenji, TANIGUCHI, Takashi, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      第65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] High-Quality Growth of WS2 Monolayer Using Curtain-Ar Enhanced MOCVD2023

    • 著者名/発表者名
      張 楓, 曽 繁宇, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      第65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] High-quality Growth of WS2 monolayer using curtain-Ar enhanced MOCVD2023

    • 著者名/発表者名
      ZHANG, Feng, ZENG, Fanyu, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2023
  • [学会発表] Gate-modulated reflectance spectroscopy for detecting excitonic states in two-dimensional semiconductors2023

    • 著者名/発表者名
      XUE, Mengsong, WATANABE, Kenji, TANIGUCHI, Takashi, KITAURA, Ryo
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2023

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公開日: 2024-12-25  

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