二次元層状物質を用いた赤外～テラヘルツ発光素子の実現

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これまで、グラフェンを用いた赤外波長からテラヘルツ波長の二次元ヘテロ発光素子を実現することを目的とし研究をおこなってきた。この中で、二次元ヘテロ構造を作製する際に層間へ混入する不純物である”バブル”がグラフェンの移動度に著しく悪影響を与え、グラフェンの発光、検出効率の低下が起きてしまう恐れがあった。実際作製するデバイスの検出効率はデバイスによって分布があった。したがって、本年度は二次元ヘテロ構造作製を向上することにより界面に存在するバブルを低減することを目的として作製技術向上を狙った。まず、これまで二次元ヘテロ構造作製では高分子ポリマーへ二次元結晶を吸着させ、他の結晶と積層することを繰り返していたが、その吸着条件が外的要因に左右されやすく、また吸着力が弱いという点があった。したがってより強力に二次元結晶を吸着し、安定的な積層を行うことができる材料を選定し、二次元ヘテロ積層の更なる高クオリティ化を狙った。この過程でポリ塩化ビニルが二次元結晶を強力に吸着することが判明し、さらに温度を変調するだけで吸着した二次元結晶が脱離するという特性を発見した。また、この特性を定量的に示すためにこれまで存在していなかった評価手法を新たに構築し、実際これまで使われていたポリマーと比較して強力な吸着力を示すということを明らかにした。さらに、このポリ塩化ビニルを用いると二次元結晶積層を液相中で転写できるということも発見し、大気中など気相中での積層と比較しても二次元結晶同士が強力に吸着し、異なる結晶を33回以上積層することにも成功している。