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2022 年度 実績報告書

原子レベルでの層間インターカレーション機構のリアルタイム可視化技術の開発

公募研究

研究領域2.5次元物質科学:社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト
研究課題/領域番号 22H05478
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

Lin YungChang  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90772244)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
キーワードIntercalation / STEM / 2D materials / graphene
研究実績の概要

In this fiscal year, we investigated the intercalation of alkali metals and metal chlorides in bilayer graphene (BLG), analyzing their structure and properties. We used TEM to visualize the intercalated material and studied its structural dynamics. Our findings show that the intercalated structures have a great variety that is distinct from the starting material. For instance, MoCl5 reassembles into a MoCl3 structure after intercalation. Furthermore, the intercalated MoCl3 structure exhibits significant lattice distortion and frequent structural transformations. Additionally, we observed that FeCl3 resulted in a mixture of FeCl3 and FeCl2 after intercalation in BLG. Oxidation of FeCl3 occurred at the edge of the intercalated domain, leading to the formation of FeOCl in the structure.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

We have prepared a manuscript based on the results of MoClx intercalation in BLG, which has been submitted to the journal Nature Communications. Additionally, we are currently preparing another paper regarding our study of FeCl3 intercalation. Furthermore, we have discovered an unexpected stacking structure in alkali metal intercalation in BLG.

In addition to these findings, we have designed a custom-made TEM-compatible MEMS chip, and the first patch has been fabricated. This will be used to conduct in-situ intercalation experiments in TEM.

今後の研究の推進方策

We will be conducting in-situ intercalation experiments using our custom-made MEMS chip to investigate the intercalation dynamics of electrolytes, metal ions, and metal chlorides. This experiment will be conducted directly in a TEM, which will enable us to observe the intercalation process at high resolution.

To achieve this, we have designed a TEM sample holder that can apply electronic bias to the MEMS chip, allowing us to control the intercalation process. We will be studying the intercalation of various types of intercalants, and will be examining the process by which the electrolyte intercalates in or out of the gap of BLG.

This experiment will provide new insights into the intercalation process, and will help us understand the dynamics of intercalation at the atomic level.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Large-area synthesis and transfer of multilayer hexagonal boron nitride for enhanced graphene device arrays2023

    • 著者名/発表者名
      Fukamachi Satoru、Solis-Fernandez Pablo、Kawahara Kenji、Tanaka Daichi、Otake Toru、Lin Yung-Chang、Suenaga Kazu、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      Nature Electronics

      巻: 6 ページ: 126~136

    • DOI

      10.1038/s41928-022-00911-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vapor-Phase Indium Intercalation in van der Waals Nanofibers of Atomically Thin W6Te6 Wires2023

    • 著者名/発表者名
      Natsui Ryusuke、Shimizu Hiroshi、Nakanishi Yusuke、Liu Zheng、Shimamura Akito、Hung Nguyen Tuan、Lin Yung-Chang、Endo Takahiko、Pu Jiang、Kikuchi Iori、Takenobu Taishi、Okada Susumu、Suenaga Kazu、Saito Riichiro、Miyata Yasumitsu
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 17 ページ: 5561~5569

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c10997

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Patterning and doping of transition metals in tungsten dichalcogenides2022

    • 著者名/発表者名
      Lin Yung-Chang、Chang Yao-Pang、Chen Kai-Wen、Lee Tai-Ting、Hsiao Bo-Jiun、Tsai Tsung-Han、Yang Yueh-Chiang、Lin Kuang-I、Suenaga Kazu、Chen Chia-Hao、Chiu Po-Wen
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 14 ページ: 16968~16977

    • DOI

      10.1039/D2NR04677F

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Twist Angle-Dependent Molecular Intercalation and Sheet Resistance in Bilayer Graphene2022

    • 著者名/発表者名
      Araki Yuji、Solis-Fernandez Pablo、Lin Yung-Chang、Motoyama Amane、Kawahara Kenji、Maruyama Mina、Gao Yanlin、Matsumoto Rika、Suenaga Kazu、Okada Susumu、Ago Hiroki
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 ページ: 14075~14085

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c03997

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 準安定相WS2の三角形型結晶成長とその成長機構考察2023

    • 著者名/発表者名
      岡田 光博
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 電子らせん波を利用した単原子磁気モーメントの研究2022

    • 著者名/発表者名
      Yung-Chang Lin
    • 学会等名
      公益社団法法人本顕微鏡学会第 65 回シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase-engineered synthesis of tungsten disulfide atomic layers2022

    • 著者名/発表者名
      岡田 光博
    • 学会等名
      第63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] Improved metal intercalation into crystalline W6Te6 bundles2022

    • 著者名/発表者名
      夏井隆佑
    • 学会等名
      第63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] 原子レベルでの層間インターカレーション機構のリアルタイム可視化技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      Yung-Chang Lin
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)「2.5次元物質科学:社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト」 第3回 領域会議
    • 招待講演
  • [備考] 無機ナノファイバーに金属原子を挿入する技術を開発 次世代のエレクトロニクス応用に期待

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2023/pr20230303/pr20230303.html

  • [備考] 六方晶窒化ホウ素の大面積合成とグラフェン集積デバイスを実現

    • URL

      https://www.jst.go.jp/pr/announce/20230207/index.html

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公開日: 2023-12-25  

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