Developing the lightest functional material for smart societal infrastructure

为智能社会基础设施开发最轻的功能材料

• 批准号: 21H05012
• 负责人: 松田 巌
• 金额: $ 66.81万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05012/
• 关键词: 原子層材料; ホウ素; ディラック電子系; オペランド計測; 電池; 原子層; ボロフェン; 合成; HB; ボロファン; 銅表面; オペランド

本研究では新たな単原子層材料であるホウ素の単原子シート「ボロフェン」をベースに最軽量の情報およびエネルギーキャリア材料の開発に取り組んでいる。ボロフェンおよび、その誘導体は多様な元素組成と原子構造を取ることができ、その結果、多種多様な電子状態が形成され、次世代通信帯GHz-THz応答ならびに電池(蓄エネデバイス)への応用が期待されている。素子材料となりうる様々な試料の合成と評価を実施する中で、B/Cuヘテロ界面研究において大きな進展があったので、ここで取り上げる。ボロフェン誘導体について、本年度は電池などの機能性を探るために代表的な電極物質である銅(Cu)を対象に結晶表面上にホウ素(B)の二次元結晶を作製し表面分析法で評価した。Cu(111)結晶表面に超高真空下でホウ素を加熱蒸着すると２次元秩序相(√73×√39-B)が形成される。この構造解析を陽電子回折法で実施した結果、CuとBから成る「銅ホウ化物(Cu-Boride)」を形成し、さらにB/Cu界面でB原子とCu原子の一次元鎖が交互に配置した２次元構造を有していることが分かった。３次元物質ではBとCuは完全に分離することが知られており、本研究にて界面２次元系では化合物が形成されることが初めて明らかとなった。X線光電子分光実験によって、その電子状態（化学状態）も調べた結果、この電子配置は炭素(C)の単原子鎖であるCumulene分子と同じであり、本研究によりホウ素原子が炭素原子と同じ電子数となることで安定性を得る重要な化学的知見を得ることができた。そこで、本研究ではこのようなB原子鎖をBumuleneと名付けた。今後、これらB/Cu界面における物理・化学的理解をもとに、実材料の開発へ活かす。

This study is aimed at exploring the development of new single-layer materials with the most information available. The induction body of the crystal is composed of multiple elements and atomic structure, and the formation of multiple electronic states is expected to be completed in the next generation communication system GHz-THz communication system and battery (storage system). While the synthesis and evaluation of sample materials and sample materials are being implemented, there has been great progress in the research of B/Cu interface, and this is an important step forward. This year, the functional properties of the battery were evaluated by the surface analysis method for the preparation of copper (Cu) and elemental (B) crystals on the crystal surface. Cu(111) crystal surface is heated and evaporated under ultra-high vacuum, and the second-dimensional order phase (√73×√39-B) is formed. The structure analysis and positron reflection method were carried out. As a result, Cu and B atoms were formed into Cu-borides, and B and Cu atoms were interlockingly arranged at the B/Cu interface. 3-D matter is completely separated from Cu, and 2-D system is formed in this study. X-ray photoelectron spectroscopy results in the electronic state (chemical state) of carbon (C) atoms and Cumulene molecules. This study is aimed at the number of electrons in carbon atoms and the stability of important chemical knowledge. This study was conducted on the basis of the atomic lock Bumulene. In the future, physical and chemical understanding of B/Cu interface will be carried out, and the development of materials will be carried out.

项目成果

Structural and electronic evidence of boron atomic chains

• DOI: 10.1103/physrevb.106.205406
• 发表时间: 2022-11-15
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Tsujikawa, Yuki;Horio, Masafumi;Matsuda, Iwao
• 通讯作者: Matsuda, Iwao

Hydrogen boride sheets and boron monosulfide sheets

硼化氢片和一硫化硼片

• 发表时间: 2022
• 作者: Tian Haochen;Li Runmin;Sterczewski Lukasz A.;Kato Takashi;Asahara Akifumi;Minoshima Kaoru;Takahiro Kondo
• 通讯作者: Takahiro Kondo

Soft X-ray Absorption/Emission Spectroscopy and Atomic Hydrogen Irradiation Effect of Ammonia Borane

• DOI: 10.1380/ejssnt.2022-042
• 发表时间: 2022-08-06
• 期刊: E-JOURNAL OF SURFACE SCIENCE AND NANOTECHNOLOGY
• 影响因子: 0.7
• 作者: Niibe, Masahito;Haruyama, Yuichi;Ito, Seigo
• 通讯作者: Ito, Seigo

ヘリングボーン格子模型を用いた2次元トポロジカル電子状態のホモトピー解析

使用人字晶格模型进行二维拓扑电子态的同伦分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 安藤康伸;Xiaoni Zhang;辻川夕貴;佐藤祐輔;堀尾眞史;春山潤;杉野修;近藤剛弘;松田巌
• 通讯作者: 松田巌

カーボンニュートラルに貢献する材料の開発研究

研究和开发有助于碳中和的材料

• 发表时间: 2023
• 作者: Seong;G.;Yoko;A.;Tomai;T.;Adschiri;T.;近藤剛弘
• 通讯作者: 近藤剛弘