Large-scale heterostructures of atomic layer materials

原子层材料的大规模异质结构

• 批准号: 21K14484
• 负责人: 丸山 実那
• 金额: $ 3万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14484/
• 关键词: 原子層物質; vdWヘテロ構造; 面内ヘテロ構造; バッキーボウル; 電子状態

2022年度は、原子層物質と炭化水素分子からなる複合系の物質設計と物性解明を行なった。原子層物質であるグラファイトは、炭素からなる蜂の巣ネットワークが弱い相互作用を介して凝集している。このため、シートとシートの層間に原子、イオン、分子の挿入が可能である。挿入物とグラファイトからなる複合系はグラファイト層間化合物と呼ばれ、挿入物や階層構造に依存した超伝導などの特異な物性を示すことが知られている。すなわち、グラファイト層間化合物は挿入物を制御することで多様な電子構造を示すことが期待される。そこで、本研究では最薄グラファイト層間化合物である、二層グラフェンの層間へお椀型炭化水素分子が挿入された新奇複合構造体のエネルギー論と電子状態を明らかにした。ここでは、挿入物として、お椀型炭化水素分子の一つであるコラニュレンに着目した。コラニュレンはお椀の縁が水素で終端されていること、ならびにお椀構造をとることに起因して、分子鉛直方向に双極子モーメントを有する。コラニュレンが挿入された二層グラフェンでは、分子の双極子モーメントによって上下グラフェン間での電荷移動が誘起され、お椀の縁側のグラフェン層へ電子、お椀の底側のグラフェン層へホールの再分布が生じる。このことは、分子の配向による電子/ホール共ドープの制御が可能であることを示している。二層グラフェン間に挿入された分子の配向を制御することで、分子配向の違いによる面内ヘテロ構造の形成が可能である。この超格子構造では、分子配向を制御することで各グラフェン層にp/n境界の構築が実現される。すなわち、異なる原子層物質が組み合わさった面内ヘテロ構造と等価な電子系を、分子配向制御によって原子層物質と分子の複合系において実現可能であることを示唆した。

在2022财年，我们设计了材料并阐明了由原子层材料和碳氢化合物分子组成的复合系统的物理特性。石墨是一种原子层的材料，通过碳纤维网络的弱相互作用聚集。因此，可以将原子，离子和分子插入薄板和层层之间。由插入物和石墨组成的复合系统称为石墨插入化合物，已知具有独特的物理特性，例如取决于插入物和层次结构的超导性。也就是说，可以预期，石墨插入化合物通过控制插入物来表现出多种电子结构。因此，这项研究揭示了新型复合结构的能量和电子状态，其中将碗形的烃分子插入到双层石墨烯的层中，这是最薄的互插入化合物。在这里，我们专注于Colanurene，这是碗形的烃分子之一，作为插入物。由于碗和碗结构的氢终止边缘，kolanuren的偶极矩垂直沿分子方向垂直。在插入叶烷烯的双层石墨烯中，分子的偶极力矩诱导的电荷转移在上层和下石墨烯之间，导致电子被将碗阳台上的石墨烯层和孔的孔中的石墨烯层变成，并将孔重新分配到碗底部的石墨烯层中。这表明可以通过分子方向控制电子/孔编码。通过控制双层石墨烯之间插入的分子的方向，由于分子取向的差异，可以形成平面内聚结构。在这种超晶格结构中，通过控制分子方向来实现每个石墨烯层中P/N边界的结构。换句话说，有人建议通过控制分子方向来实现相当于平面异质结构的电子系统，其中可以在原子层材料和分子的复杂系统中实现不同的原子层材料。

项目成果

Electrostatic properties of two-dimensional C60 polymer thin films under an external electric field

外电场下二维C60聚合物薄膜的静电性能

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac7762
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Gao Yanlin;Maruyama Mina;Okada Susumu
• 通讯作者: Okada Susumu

複合構造の低次元物質の物性制御

复合结构低维材料物理性能的控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Maruyama Mina;Gao Yanlin;Thanh Cuong Nguyen;Okada Susumu;丸山実那
• 通讯作者: 丸山実那

Observation of the photovoltaic effect in a van der Waals heterostructure

范德华异质结构中光伏效应的观察

• DOI: 10.1039/d2nr06616e
• 发表时间: 2023
• 期刊: Nanoscale
• 影响因子: 6.7
• 作者: Zhang Shaochun;Maruyama Mina;Okada Susumu;Xue Mengsong;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi;Hashimoto Kazuki;Miyata Yasumitsu;Canton-Vitoria Ruben;Kitaura Ryo
• 通讯作者: Kitaura Ryo

遷移金属カルコゲン化合物ヘテロ構造体の電子物性

过渡金属硫族化合物异质结构的电子性质

• 发表时间: 2022
• 作者: Ming Liu;Kaoru Hisama;Yongjia Zheng;Mina Maruyama;Seungju Seo;Anton Anisimov;Taiki Inoue;Esko I. Kauppinen;Susumu Okada;Shohei Chiashi;Rong Xiang;and Shigeo Maruyama;Mina Maruyama;丸山実那;丸山実那;丸山実那;丸山実那
• 通讯作者: 丸山実那

A two-dimensional magnetic carbon allotrope of hexagonally arranged fused pentagons

六方排列的稠合五边形的二维磁性碳同素异形体

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac55e8
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Maruyama Mina;Gao Yanlin;Thanh Cuong Nguyen;Okada Susumu
• 通讯作者: Okada Susumu