2022 Fiscal Year Research-status Report
Synthesis of two-dimensional aromatic compounds using hydrogen and heated catalysts and their spin device applications
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22K04877
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
部家 彰 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80418871)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
住友 弘二 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30393747)
神田 一浩 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 教授 (20201452)
新部 正人 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 客員研究員(研究員) (10271199)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 2次元芳香族化合物 / 水素 / 加熱触媒体 / グラフェンナノリボン / 原子状水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、基板近傍に設置した加熱金属触媒体（1400℃）と水素ガス（反応促進剤）を用いた新規化合物合成法のホットメッシュ堆積（Hot Mesh Deposition, HMD）法を発展させてグラフェンナノリボン（GNR）を創製する。このGNRをペンタセン（C22H14）から合成するためにはペンタセンを水素化したジヒドロペンタセン（C22H16）をまず生成し、ペンタセンと反応させる必要があることが明らかとなっている。これまではペンタセンとジヒドロペンタセンの存在比制御を触媒体温度や触媒体（W線上へのNi粒子担持）で行っていたが制御性が乏しいことが問題となっていた。
そこで1年目では、ペンタセンとジヒドロペンタセンの供給源を2つに分け、ペンタセンとジヒドロペンタセンの重合反応をより効率よく行うための装置改造を行った。この装置改良によりペンタセンとジヒドロペンタセンの存在比制御を容易にすることができた。
また、基板表面に原子状水素を供給しGNR成長表面での選択的エッチングで良質なGNRのみが残存できる機構を追加した。この原子状水素による高分子炭素膜との反応を酸化グラフェン・PTFE・酸素含有フッ素膜を用いて検討し、官能基との反応性の違いなどを明らかにした。
さらに、GNRの電子物性を放射光施設NewSUBARUの高輝度軟X線で評価する予定であるが、高輝度軟X線により炭素膜が改質してしまう可能性がある。そこで、酸化グラフェン・PTFE・酸素含有フッ素膜を用いて、軟X線照射による炭素膜の変化についても検討した。O原子を含む官能基を有する場合、その放出時に炭素6員環構造が一部破壊されることが示唆されたが、理想的なGNRはO原子を含まないため、電子物性評価時でもある程度は改質せずに測定が可能であることが予想される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度（1年目）は、まず、GNRの収率を向上させるため、ペンタセンとジヒドロペンタセンの供給源を2つに分ける装置改造を行った。また、基板表面に原子状水素を供給しGNR成長表面での選択的エッチングで良質なGNRのみが残存できる機構を追加した。さらに、放射光施設NewSUBARUの高輝度軟X線を用いたGNRの電子物性評価の予備検討を行った。
このように研究はおおむね順調に進展しているが、GNR成膜条件の最適化など多くの実験が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず改造した装置を用いてGNR成膜条件の最適化を行う。その過程で反応機構を解明するために重水素を用いた実験を行う。また、HMD法がテーラーメイド型2次元芳香族化合物合成法となりうるかを他の低分子材料を用いて検討する。並行して、GNRスピントランジスタを作製し、電荷・スピン移動機構を調べる。また、放射光軟X線吸収・発光測定および電気測定により、化合物の電子物性（バンドギャップ近傍の電子分布）を検討し、電荷・スピン移動機構との関係を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
予想よりも装置改造に予算を消費したため、ヒーター用電源の購入ができなかった。次年度の予算と合わせて電源を購入するために10万円を次年度に残すことにした。
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