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Wave phonon engineering based on monolayer NEMS functionalized using sub-nanometer ion beam

基于使用亚纳米离子束功能化的单层 NEMS 的波声子工程

基本信息

批准号：
20K20442
负责人：
水田博
金额：
$ 16.47万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、ナノ孔エッジでのフォノン散乱とナノ孔間でのフォノン局在の影響を調べるため、従来の極小孔ナノメッシュ（円形ナノ孔の直径3 ～ 6 nm）よりも大きな正方形（□型）の孔を電子線直接描画（EB）で形成した非対称チャネル構造を採用した。Si/SiO2基板上にEBでグラフェンを長さ0.5 um、幅1.2 umの長方形チャネルに加工し、チャネル幅方向に□型孔を一列に形成した後、ＢＨＦエッチングとCO2超臨界乾燥法でチャネルを宙吊りにする作製プロセスを新たに開発した。真性グラフェン中のフォノン平均自由行程～0.775 umに対して、チャネル長を0.5 umとすることで、チャネル内のフォノン輸送が準バリスティック輸送となるように設計している。□型孔は寸法100 nm、間隔150 nmとし、チャネル中央から50 nmオフセットした位置に４個の□型孔列として形成し、非対称チャネル構造を完成した。このチャネルの両端にオーミック接続する４端子電極を作製し、独自のDifferential Thermal Leakage計測法を用いることで、同一素子を用いた電気伝導特性と熱伝導特性評価を実施した。まず、作製した全ての非対称□型孔列チャネルに対して、電圧の極性を入れ替えても電気伝導特性に非対称性はみられないことを確認した。その上で、４端子電極のヒーターと熱シンクを入れ替える方法で、熱バイアスの極性を切り替えて熱伝導特性を環境温度100 K～300 Kで評価したところ、100 Kで82%、150 Kで73%、200 Kで67%の熱整流率を得ることに成功した。200 Kより高温では熱整流作用が急激に減少し、250 Kで16%、300 Kでは消失した。この結果は、R3年度で得られたハーフナノメッシュチャネル構造、および台形型チャネル構造に対する結果と同様の温度依存性である。

This year, the influence of the hole structure on the hole structure was adjusted, and the hole diameter was adjusted to 3 ~ 6 nm. The hole Si/SiO2 substrate on the EB to cut off the film length of 0.5 um, width of 1.2 um rectangular hole processing, the width direction of the hole to form a row, BHF to cut off the film CO2 supercritical drying method to produce a new production process. The average free path of the transmission line in the true transmission line is ~0.775 um. The transmission line length is 0.5 um. The transmission line in the true transmission line is designed to be accurate. The hole diameter is 100 nm, the interval is 150 nm, and the center of the hole is 50 nm. The four hole rows are formed and the structure of the hole is completed. 4-terminal electrode control and independent Differential Thermal Leakage measurement are implemented. The polarity of the voltage is changed to the current conduction characteristic, and the symmetry of the voltage is confirmed. The thermal conductivity of the 4-terminal electrode is 82%, 73% and 67% at ambient temperatures of 100 K~300 K, respectively. At 200 K, thermal rectification decreases rapidly, at 250 K, by 16%, and at 300 K, disappears. The results show that the temperature dependence of the structure and the structure of the platform is the same in R3.

项目成果

期刊论文数量（54）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Carbon molecular sieve-functionalized graphene sensors for highly sensitive detection of ethanol

用于高灵敏度乙醇检测的碳分子筛功能化石墨烯传感器

DOI：
10.1016/j.carbon.2022.01.023
发表时间：
2022
期刊：
Carbon
影响因子：
10.9
作者：
Sankar Ganesh Ramaraj;Manoharan Muruganathan;Osazuwa G. Agbonlahor;Hisashi Maki;Yosuke Onda;Masashi Hattori;Hiroshi Mizuta
通讯作者：
Hiroshi Mizuta

Fabrication and characterization of asymmetric suspended trapezoid graphene

不对称悬浮梯形石墨烯的制备与表征

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Nakano;F. Liu;H. Mayeesha;M. Muruganathan;H. Mizuta
通讯作者：
H. Mizuta

Quantum Dot Formation in Controllably Doped Graphene Nanoribbon

可控掺杂石墨烯纳米带中量子点的形成

DOI：
10.1021/acsnano.9b02935
发表时间：
2019
期刊：
ACS Nano
影响因子：
17.1
作者：
Wang Zhongwang;Yuan Yahua;Liu Xiaochi;Sun Jian;Muruganathan Manoharan;Mizuta Hiroshi
通讯作者：
Mizuta Hiroshi

Research funding trends in Japan and development of Silent Voice Sensing Technology

日本的研究经费动向和无声语音传感技术的发展