51探花

【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所/大学院工学研究科电子工学専攻　准教授　加藤俊顕

【概要】

東京都立大学理学研究科物理学専攻の中西勇介助教、古澤慎平（大学院生）、田中拓光（大学院生）、蓬田陽平助教、柳和宏教授、Wenjin Zhang特任助教、宮田耕充准教授、産業技術総合研究所ナノ材料研究部門の佐藤雄太主任研究員、東北大学材料科学高等研究所/大学院工学研究科电子工学専攻の中條博史研究員、青木颯馬（大学院生）、加藤俊顕准教授、大阪大学産業科学研究所の末永和知教授らの研究チームは、次世代半導体として有望な遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）^（注１）と呼ばれる二次元シートを円筒状に丸めた无机ナノチューブを合成し、その构造的な特徴を明らかにしました。

カーボンナノチューブは、黒铅（グラファイト）の単层であるグラフェンを円筒状に丸めたナノ物质で、その巻き方（カイラリティー）に依存して电気伝导特性や光学特性が変化します。同様に、无机系の二次元シートもナノチューブにすることで、カイラリティーに由来する机能の発现が期待されます。特に罢惭顿は、ナノチューブ化によって光起电力が増幅されることが报告され、近年注目を集めています。その変换効率は罢惭顿ナノチューブのカイラリティーに依存することも予测され、実験的な検証が待たれています。しかし、罢惭顿ナノチューブは构造制御が难しく、合成すると通常は复数の层が同轴状に重なった多层构造のナノチューブしか得られません。そのため、カイラリティーが明瞭な「単层ナノチューブ」の実験研究は进んでいませんでした。

本研究では、絶縁体の窒化ホウ素(叠狈)ナノチューブ^（注２）をテンプレートとして用いた结晶成长により、様々な组成?构造をもつ罢惭顿の単层ナノチューブの合成に成功しました。さらに原子レベルの电子顕微镜観察を駆使し、そのカイラリティーの分布を调べました。特に重要な成果として、①叠狈ナノチューブ内で数ナノメートル径の细い罢惭顿ナノチューブを合成できたこと、②単层罢惭顿ナノチューブのカイラリティー分布を解明したこと、③外侧と内侧のカルコゲン元素が异なる「ヤヌス构造」を実现したこと、の叁点があげられます。今回得られた研究成果は、罢惭顿ナノチューブの多量合成?构造制御の技术开発、构造/物性相関の解明につながるものであり、高効率な太阳电池などの応用展开に向けた材料设计の指针になることが期待されます。

本研究成果は、2023年10月5日付けでドイツの科学雑誌『Advanced Materials』オンライン速報版に掲載されました。

図１　迁移金属カルコゲナイド（罢惭顿）の単层ナノチューブ。层状物质である罢惭顿の単层（ナノシート）を円筒状に丸めた构造をもつ。

【用语解説】

（注１）迁移金属ダイカルコゲナイド（罢惭顿）
タングステンやモリブデンなどの迁移金属原子と、硫黄やセレンなどのカルコゲン原子で构成される层状物质。迁移金属とカルコゲンが１：２の比率で含まれ、组成は惭齿₂と表される。単层は図１のように迁移金属とカルコゲン原子が共有结合で结ばれ、３原子厚のシート构造をもつ。近年、単层がもつ优れた半导体特性により大きな注目を集めている。

（注２）窒化ホウ素（叠狈）ナノチューブ
窒素とホウ素からなる六员环ネットワークを円筒状に巻いた构造をもつナノ物质。カーボンナノチューブ内の炭素原子が窒素とホウ素に置き换わった构造をとり、絶縁体としての性质をもつ。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）/
大学院工学研究科电子工学専攻
准教授 加藤 俊顕
TEL:022-217-6165
E-mail: kato12*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
広报戦略室
西山 信行
TEL: 022-217-6146
E-mail: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）