Optical properties and applications of van der Waals mixed-dimentional heterostructures

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本研究の初年度である2022年度は、11月末の研究開始からの約4ヶ月間でカーボンナノチューブと二次元物質をファンデルワールス力により融合した異次元ヘテロ構造を形成する手法の開発に着手した。実績もある架橋カーボンナノチューブ上への二次元物質転写によるヘテロ構造作製から取り組みを開始した。まず、架橋カーボンナノチューブを準備した。酸化膜付きシリコン基板を用いて、電子線描画やドライエッチングなどのクリーンルームプロセスにより架橋させるための溝を加工し、二回目の電子線描画で触媒領域をパターニングした後、ダイシングにより測定に適したサイズに切り分けてあるチップを用いた。チップへ触媒を塗布してリフトオフを行い、化学気相成長によりカーボンナノチューブを合成し、架橋カーボンナノチューブを得た。次に、得られた架橋カーボンナノチューブに対して、あらかじめフォトルミネッセンス顕微分光によりカーボンナノチューブのカイラリティや位置を特定するなど事前評価を実施した。自動三次元ステージ上に試料を設置し、基板に加工した溝部分をレーザーで走査し、単層カーボンナノチューブによる発光を検出することで位置を確認した。励起光源としてはチタンサファイアレーザーを用い、分光器とInGaAs光ダイオードアレイを利用してスペクトルを取得した。スペクトルの励起波長依存性を測定することで励起分光を行い、吸収共鳴波長と発光波長の組み合わせからカイラリティを同定した。この試料上にスタンプ法により二次元物質を転写し、ヘテロ構造作製を試みた。フォトルミネッセンス顕微分光や励起分光を実施して転写前と比較し、作製したヘテロ構造の光物性を評価した。