2.5DMATERIALS

Grant-in-Aid for Transformative Reseach Areas (A)SCIENCE OF 2.5 DIMENSIONAL MATERIALS
Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation

2.5次元物質科学：社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト

1Explore inﬁnite possibility of materials【 領域の主な研究テーマ 】

物質科学は、多様な機能を備えた数多くの物質を創出し、我々の生活を大きく支え、かつ豊かにしてきました。私たちは・二次元物質の合成（新物質合成、高品質化、ウェハー合成）「2.5次元物質」という独自の視点に基づいて研究を展開し、・ファンデルワールス力の制御による新しい物質創製と物性開拓

物質科学にパラダイムシフトをもたらすような新たな学理を構・二次元ナノ空間を活用した物質科学

築するとともに将来的な社会変革につなげたいと考え、本領域・社会変革につながる応用研究を立ち上げました。
私たちの「2.5次元物質科」領域は2021年9月に採択されま「グラフェン」と呼ばれる原子一個分の厚みの究極的に薄した。総括班を中心とする有志により、今後の学術の発展や社

い、炭素からなる二次元シートが2004年に報告され、構造の会の行く先なども見据えて、2019年4月から計8回、領域の方ユニークさに加えて、その中を移動する電子が物質中で最高の向性や研究内容に関して繰り返し議論を行いました。そして、速さ（キャリア移動度）で移動するといった突出した物性などか二次元物質によるモアレの科学、空間科学、新奇な電子物性ら大きな注目を集めました。その後、半導体、絶縁性、超伝導といった学術研究、ならびにデバイス・エネルギーをはじめとす体、強磁性体といった様々な特性を示す原子厚みの「二次元る応用研究を推進することにしました。日本を代表するアクティ物質」が作られ、研究が非常に活発に行われるようになりまし

ブな研究者間の共同研究を通じて物質科学に革新をもたらし、た。また、半導体デバイスや各種センサー、タッチパネル、バッ世界をリードしていく！ という熱い思いをもって領域を立ち上テリーなどの幅広い応用研究も大きく期待されています。

げることができました。目標の実現のため、本領域では以下に

本領域では、複数の二次元物質の組み合わせによる大きな示すような多くの活動を進めています。

広がりに着目し、様々な組成をもった二次元物質の重ね合わせ

1. 領域会議

やひねりの導入、層間に広がる二次元ナノ空間の科学、二次元物質と他の次元の物質との融合、そして社会変革を目指した

多様なバックグランドをもつ研究者が共同研究を開始し、それ実社会（三次元）への応用など、科学のフロンティアの開拓をを発展させていくには、対面でのディスカッションが大切である、目指して研究を推進します。二次元物質がもつ多くの自由度やと考えて、コロナ禍においても対面での会議を重視して行ってい可能性を0.5次元と象徴的に表し、「2.5次元物質」科学というます。特に、コーヒーブレークを長くとってコミュニケーションを促ユニークな視点から、世界をリードする成果を得て物質科学にすとともに、サンプル見本市や理論説明会などの企画も行いなが変革をもたらしていきます。

ら、領域会議を年に2回開催しています。

2

Science of 2.5D materials
7.「さん」づけキャンペーン

2. 共同利用拠点
領域内での共同研究を促進するため、4か所の共同利用拠点

年齢・ポジションに関係なく共同研究を推進することを目的（合成拠点（九大）、積層拠点（東大）、分析拠点（構造測定：として、領域代表の考えで、お互いを「先生」でなく「さん」で呼北陸先端大、光測定：京大））を領域内に設置しています。領域び合うことで、より建設的な領域にしています。

メンバーが自由にアクセスできるようにして、研究レベルの高度2021年9月から始まりました4年半のプロジェクト「２.５次化や効率的な装置利用につなげています。

元物質科学：社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト」

3. 若手支援を領域メンバー全員で、全力で取り組み、新たな学理を構築するとともに、社会にも役立てていきます。皆様のご理解とご協

次代を担う若手の育成を目指して、大学院生や若手研究者を力を何卒よろしくお願い申し上げます。

対象とした対面の若手の会を開催し、若手同士の交流や議論の場としています。また、海外の研究室でのインターンシップなGroupども領域として支援しています。
4. 国際連携

班構成

A01

国際共同研究の活性化のため、海外の研究チームや研究機協働

A02

総括班

新構造㑭㉭㕔
新手法

班 合成

創る

関とのジョイントワークショップの開催、ならびに最先端で活躍

班 集積

つなぐしている研究者による国際セミナーなどを行っています。
新物質大面積5. 領域内共同研究セミナー（ランチタイムセミナー）
領域メンバーの研究をより深く知って共同研究につなげるた
め、ランチタイムにオンラインでの領域セミナーも行っていま

A04

す。領域研究者の考えや進行中の研究内容などを気軽に紹介

班 物性探るし、肩ひじ張らずに自由に意見交換する場としています。

新現象新物性㑭㈣㐽

6. ニュースレター
領域の活動を幅広く知ってもらうため、ニュースレターを発行

領域会議等開催
サンプル見本市
シンポジウム企画
海外連携活動公募研究手配
プレス発表

新手法
測定窓口

A03

しています。研究者のこれまでの経歴なども含め、一般に分かりやすいニュースレターを目指しています。本領域の研究に関

班 分析観る連した漫画も発信するなど独自の取り組みも行っています。
3A05
新応用性能向上
企業紹介

班 機能使うMembers
A01

計画班 ▶

研究代表者

研究分担者

研究分担者

研究分担者

DFTによる新規物質の設計と計算支援

九州大学 グローバルイノベーションセンター 教授
二次元物質のCVD成長とインターカレーション

大阪大学
大学院工学研究科 教授
有機合成に基づく擬二次元構造の創製

物質・材料研究機構
特命研究員
高品質h-BNの高圧合成と気相成長

研究代表者

研究分担者

研究分担者

研究分担者

東京都立大学 理学研究科
准教授
2.5次元物質の化学気相成
長と集積化

東京大学 生産技術研究所
教授
ロボティック積層による集積構造の構築

物質材料研究機構
独立研究者・主任研究員
液相/印刷プロセスによる自己組織化分子膜形成

東京工芸大学 工学部 教授
インターカレーションによるナノ空間の活用

研究代表者

研究分担者

研究分担者

研究分担者

京都大学 エネルギー理工学研究所 教授
２.５次元物質の光技術と機能創発

筑波大学
数理物質系 教授
先端放射光X線回折による2.5次元物質の構造評価

大阪大学 産業科学研究所 教授
最先端電子顕微鏡を用いた2.5次元物質の原子レベル構造解析

東京大学
大学院工学系研究科 助教
２.５次元物質におけるバンド構造の直接観測

研究代表者

研究分担者

研究分担者

研究分担者

大阪大学
大学院理学研究科 教授
ハイブリッド・モアレ物質の物性理論と新機能開拓

北陸先端科学技術大学院大学
先端科学技術研究科 教授
シリセンなど単一組成原子膜と複層化による新奇電子物性創出

東京工業大学 科学技術創成研究院 准教授
結晶成長（トポロジカル物質、超伝導物質）を駆使したエキゾチック物性開拓

東京工業大学 理学院准教授
多様な2.5次元物質の電気伝導・光伝導・熱電特性の機能発現

研究代表者

研究分担者

研究分担者

研究分担者

北海道大学
大学院理学研究院 教授
2.5次元材料による化学センサ・光エネルギー変換デバイス

東京大学
大学院工学系研究科 教授
２.５次元界面制御によるトランジスタ特性制御

名古屋大学 未来材料・シス
テム研究所 教授
２.５次元材料に基づくフレキ
シブルエレクトロニクスの創製

兵庫県立大学 大学院工学研究科 教授
２.５次元材料の蓄電デバイスへの応用

岡田 晋

2.5次元構造体のための物質創製 筑波大学 数理物質系 教授【 物質創製班 】

A 02

2.5次元集積構造の構築【 集積化班 】

A03

2.5次元構造体の分析技術開発【 分析班 】

A04

2.5次元構造体の新奇物性開拓【 物性開拓班 】

A05

2.5次元構造体の電子・光・エネルギー応用への展開【 機能創出班 】

宮田 耕充

吾郷 浩樹

町田 友樹

松田 一成

西堀 英治

越野 幹人

高村 由起子

上野 貢生

長汐 晃輔

4櫻井 英博

荒井 俊人

末永 和知

笹川 崇男

大野 雄高

渡邊 賢司

松本 里香

坂野 昌人

蒲江

松尾 吉晃

公募班（第一期）▶

公募研究

公募研究

公募研究

公募研究

公募研究

公募研究

A01班：物質創製班 公募研究九州大学 大学院工学研究院 准教授
データ科学と第一原理計算の融合によるヘテロ積層型２.５次元材料のデザイン指針探索東北大学 工学研究科 准教授
アトミックレイヤーファンク
ショナリゼーションによるヤヌス原子層科学の開拓

名古屋大学 工学研究科 准教授
大気・熱安定性に優れる
14族2.5次元物質の創製と熱電応用への展開

東京大学 大学院理学系研究科 准教授
環状中空分子の二次元集積化に基づく２.５次元ナノ空間の創製と機能化

大阪大学 基礎工学研究科 教授
水素結合でネットワーク化した2次元有機結晶の積層による2.5次元物質創成

立命館大学 理工学部 准教授
ナノ結晶・分 子集 積による「2.5次元モアレ超格子」の創製とその物性解明

東京都立大学 理学研究科 助教
2.5次元遷移金属ダイカルコ
ゲナイドナノチューブの創製とその大表面積応用加藤 幸一郎

加藤 俊顕

黒澤 昌志

田代 省平

久木 一朗

公募研究

公募研究

公募研究

埼玉大学 理工学研究科 教授
ファンデルワースル積 層構造のための新規 バッファ層
物質：硫化ガリウムの応用

物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点
1.5次元から2.5次元への展開に基づく新物質群創出

大阪大学 産業科学研究所 教授
２次元層状物質表面場を利用した良質異種結晶の創製と機能集積

公募研究

公募研究

公募研究

公募研究

東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
走査プローブ顕微鏡を用いた2.5次元物質の創製と評価

名古屋大学 工学研究科 教授
２.５次元材料における局所触媒活性の実空間イメージング

東京都立大学 理学研究科 教授
格子不整合二次元ナノ界面における熱・電荷輸送の相関の解明と制御

国立研究開発法人産業技術総合研
究所 材料・化学領域 主任研究員
原子レベルでの層間インターカレーション機構のリアルタイム可視化技術の開発

公募研究

公募研究

公募研究

東京大学 大学院総合文化研究科 准教授
2.5次元物質における高効率スピン電流変換

筑波大学 数理物質系 助教
格子ひずみによるグラフェン
超格子構造の開拓

関西学院大学 工学部 教授
2.5次元物質における光学応答効果と光・電子機能設計の理論

公募研究

公募研究

公募研究

公募研究

金沢大学 ナノマテリアル研究所 教授
不整合ファンデルワールスヘテ
ロ構造の熱電効果とスピン軌
道結合係数の第一原理計算神戸大学 工学研究科 教授
計算科学手法による2次元ナノ空間でのキャリア伝導予測と高機能デバイスデザイン中央大学 理工学部 教授
カーボン系原子層物質の空間次元制御による新規テラヘル
ツ・赤外機能素子・計測の創出

関西大学 システム理工学部 准教授
二次元強相関酸化物の創製とファンデルワールス
ヘテロ構造デバイスへの展開

上野 啓司

杉本 宜昭

塩見 雄毅

石井 史之

北浦 良

高橋 康史

友利 ひかり

小野 倫也

田中 秀和

柳 和宏

Lin Yung-Chang

若林 克法

河野 行雄

山本 真人

5毛利 真一郎

蓬田 陽平

Near Future

フレキシブルデバイス

2.5次元物質で拓く社会変革

ほとんど光を吸収しない2.5次元物質はほぼ透明です。しかも柔らかいので、自由な形状にできるスマートフォン、持ち運びのできる屋外大スクリーンなど、あらゆるところで活用できます。摩擦や振動、太陽光、あるいは雨で発電できる、軽くて持ち運びできるバッテリーにも使えることで

6G 通信

しょう。

2.5次元物質を構成するグラフェンは、とても高速でデバイスを動かすことができます。そのため、次の時代の通信である
6G、あるいはもっと先のコミュニケーションに、2.5次元物質が活躍するかもしれません。小型で軽くて、しかも超高速の通信で、臨場感あふれる体験ができるようになります。

ロボット

太陽光による水の分解ロボットの様々なところで2.5次元物質

2.5次元物質は表面積が大きく、また種々が力を発揮します。頭脳となるコンピューの活性サイトをもつので触媒として高い活ターをはじめ、目として働く光センサー、鼻性を示します。水を太陽光で分解して、エとなる匂いセンサー、触った時の感触などネルギーとして利用できる水素を発生させを測る圧力センサーなど2.5次元物質の柔ることができます。エネルギーを作るだけらかさと高い感度を利用します。家庭からでなく、リチウムなどを層間に入れること工場までいろいろなところで活躍します。

ができて、リチウムイオン電池などバッテリー技術にも利用できます。

6

生体埋め込みデバイス
生体親和性が高い上に、とても柔らかくて、超高感度な2.5次元物質は体の中に埋空飛ぶ車め込む電気/生体デバイスとしても活用できます。体に貼り付けても、貼っているかとても軽いのに丈夫な材料も2.5次元物

どうか分からず、しかも自然に消えていく質から作られて、空飛ぶ車のボディにも絆創膏などにも使われることでしょう。ウイ

使えるかもしれません。自動運転に必要ルスなどを短時間に高感度で計測できるなコンピューターにも、2.5次元物質からのも2.5次元物質の特長といえます。

なるデバイスの高い処理速度が活かされます。人や車を感知するための赤外線センサー、人工衛星との通信にも2.5次元物質は有効です。

半導体
ゲーム

2.5次元物質を構成する遷移金属カルコゲナ

透明・軽量・フレキシブル・しかも高機能担う次世代材料として期待されています。いの2.5次元物質はゲームの世界でも活躍すろいろな特徴をもった2.5次元物質を寄せるでしょう。さらにはもっと進んで、ARと集めて、様々な機能を合わせもつ半導体が高速通信、それにロボットを使ってメッシ実現します。さらには、人工知能や量子情報やネイマールとサッカーしたり、錦織圭のなど、最先端の科学に必要な半導体などのサーブを受けたり、より新鮮な経験ができ主役の役割を2.5次元物質が担います。

イドといった半導体材料は、シリコンの次をるようになるかもしれませんね。

7A01

A 02

A 03

2.5次元物質科学の基盤となる様々な二次元物質

2.5次元物質科学の推進のため、二次元物質を重ね２.５次元物質で発現する特異な構造や電子状態をの設 計と合成を行います。第一原理計算により、る・ひねる・つなぐ技術など、個々の独自技術の高明らかにする分析技術を開発し、2.5次元物質科学

2.5次元物質を設計したり、物性を理解していきま度化とその融合を通じ、多彩な集積構造の作製をの学術の発展を支えていきます。非常に薄い2.5次元す。導電性のグラフェン、半導体の遷移金属ダイカ行います。機械学習やロボティックスを融合させた物質に有効な手法の開発を進めるとともに、測定技ルコゲナイド（TMDC）、絶縁体の六方晶窒化ホウ

２.５次元物質の自動作製装置の開発と運用も担い術の領域内への提供を担って領域研究の活性化や素（h-BN）などの結晶成長や大面積のウェハースます。さらに、化学気相成長で直接的に積層構造や高度化に貢献します。具体的には、様々な実験プローケール合成を推進するとともに、それらの特性を合接合構造を作り出していきます。また、2.5次元物質ブ（光、X線、電子顕微鏡、電子分光）により、二次成にフィードバックしていきます。さらには、ユニーク特有のナノ空間を利用したインターカレーションに元物質を角度をつけて積層した集積の自由度から生な物性を示す新たなタイプの二次元物質の有機合よる新物質創製や機能開発も行います。さらには、じるモアレポテンシャルによる電子状態の可視化や成や化学気相成長合成、そして化学修飾や物性探有機系の二次元材料など新しい材料群にも対象を解析、二次元物質で囲まれた特異な二次元ナノ空間索も進めます。材料の提供をはじめとした領域内研広げて、新しい2.5次元物質の創製と集積化によっでの原子配列構造などの観察など、2.5次元物質の究活動も積極的に行うことで2.5次元構造体創製てもたらされるサイエンスを展開していきます。

研究推進に資する評価技術の高度化を行います。

2.5次元構造体のための物質創製
物質創製班

2.5次元集積構造の構築
集積化班

2.5次元構造体の分析技術開発
分析班のための基礎学理に関する研究を行います。

A04

A 05

2.5次元構造体の電子・光・エネルギー応用への展開
機能創出班

2.5次元物質の共同研究支援
共同利用拠点

二次元物質に積層やナノ空間の自由度を加えた２.５

社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフトを実

2.5次元物質の研究開発には、合成、積層、分次元物質を設計・作製し、新奇な物性を開拓すること現するため、2.5次元物質の有望な応用とは何であ析まで様々な装置が必要です。そこで、領域内を目指して研究を行います。特に、材料工学と物性実るか、そしてどのようにして2.5次元物質が社会に貢で共同利用拠点を設置し、様々な装置を効果

験技術、物性理論を駆使することで、想像を越える電献できるかをイメージしながら研究を展開します。特的に運営することで、ダイナミックな研究を後押子・光・フォノン物性を示す２.５次元物質を創造してに、デバイスを構成する共通コアである「界面・空ししています。合成拠点（九大）、積層拠点（東いきます。それと同時に２.５次元物質の物性を系統的間」を制御しながら、集積化された２.５次元物質を大）、分析拠点（構造測定：北陸先端大、光測に理解するとともに、制御のための考察を行います。

利用した電子デバイス、光デバイス、エネルギーデバ

定：京大）と４つの共同利用拠点を設置し、総さらには、従来の結晶物理学では記述が困難な2.5イス等の創製から学理探索、そして様々な応用分野括班で重点的に支援して、領域研究の推進に次元物質を扱う理論体系を新たに構築し、2.5次元物への展開を行います。それと同時に、A05班が中心役立てます。これら４つの拠点には、領域メン質の設計指針を確立し、実験への提言も行っていきまとなって産学官連携も積極的に推し進め、領域の研バーが自由にアクセスすることが可能となってす。これらの研究活動を通じて2.5次元物質科学の礎究成果を広く社会に還元していきます。

いて、効率的な装置利用や共同研究の活性化

2.5次元構造体の新奇物性開拓
物性開拓班

共同利用につなげています。となる物性科学の学理構築を担っていきます。

学術変革領域研究(A)「２.５次元物質科学」領域事務局
九州大学 グローバルイノベーションセンター 吾郷研究室内〒816-8580 福岡県春日市春日公園6-1

URL：https://25d-materials.jp/

E-mail：secretary@25d-materials.jp

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パンフレットデザイン：STUDIO F