| 研究課題/領域番号 |
26870907
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
千賀 亮典 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, 研究員 (80713221)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 低次元材料 / カーボンナノチューブ / 原子鎖 / 電子顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度に異なる原子が一列に並んだ原子鎖をカーボンナノチューブ内部に合成することに成功した（Nature Materials (2014））。この成果を皮切りに、平成27年度はさらに幅広い材料をナノスペースに合成することに成功した。特に軽元素を含む原子鎖の合成及び評価によって、電子顕微鏡を用いて初めてリチウム単原子を可視化することに成功した（Nature Communications (2015)）。これらの成果を踏まえて、平成28年度はさらに詳細な物性評価を行うための要素技術開発に従事した。特筆すべきは単色化した電子源を用いた高分解能電子エネルギー損失分光を電子顕微鏡内で実施することで、これまでマクロスケールでの計測が主であった光吸収や、X線吸収をナノスケールで取得できるようになったことである（Nano letters (2016)）。例えばカーボンナノチューブを用いた実験では、単一のカーボンナノチューブの幾何構造（カイラリティ）を電子顕微鏡像から同定し、同チューブの光吸収（光バンドギャップ）スペクトルを荷電子励起損失から取得し、さらに内殻電子励起損失から、伝導体の空準位の状態を知ることができる。このように一つの一次元量子物体の構造と物性を一対一で対応付け出来るようになったことが平成28年度実施した研究の最大の成果である。また本手法を用いることで一次元材料の欠陥部分で、キャリア濃度が減少するといった現象や、弾性曲げによるわずかな歪で生じる内殻電子励起損失の変化などを捉えることに成功した。低次元材料では欠陥が材料の物性に大きな影響を及ぼすため、応用展開を考える上で欠陥を含めた材料の構造・物性評価及び制御が求められてきた。故に本研究で実施した欠陥まわりの局所的な物性評価は工学的にも非常に重要な知見である。
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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
当初の研究計画では予期していなかった一次元特有の現象などを発見することができた。特に単色化した電子源を用いた高分解能電子エネルギー損失分光によって、一次元量子物体の構造と物性を一対一で対応付け出来るようになったことで、これまでコンピュータシミュレーションに頼る部分が大きかった、欠陥まわりの局所的な物性評価を実験的に行えるようになったことは材料分野全体を通してみてもおける大きな進捗であるといえる。また当初の計画ではナノスペースに合成された低次元材料の物性評価にはテンプレートの除去を予定していたが、昨年度より研究方針を転換し、安定な状態における内包物の物性評価を行うためにバンドギャップの大きな窒化ホウ素ナノチューブをテンプレートとして用いることで、テンプレートを除去せずに内包物の物性を評価する手法を検討してきた。こちらについても既に有用な結果が得られており、延長期間中に論文等にまとめる。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の予定では本課題は3年間のプロジェクトであった。ナノスペースを利用することで、これまでにない一次元材料を実現し、さらにそれら新規材料の物性評価を目指した本プロジェクトの当初の目標は既に十分な成果によってクリアできたものと考えている。しかしながら研究を進める上で期待以上の多くの成果が得られたことに加え、本プロジェクトで切り拓いた一次元材料の分野を今後益々発展させるためには、広く成果を発信する必要があると考え、一年間の補助事業期間延長を行った。この延長期間中に未発表データの整理と論文化、学会発表を行い、応用展開を視野に入れた次の研究ステージにつなげるための環境を整えていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成28年度に得られた知見を広く公表する場として、平成29年度に開催されるEDGE2017という当該分野における最大規模の国際学会（４年に一度開催）が最も相応しいと判断したため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
主に平成29年度に沖縄で開催されるEDGE2017という当該分野における最大規模の国際学会（４年に一度開催）への参加旅費に充てる。
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