2021・2022 年度 活動報告
1.

はじめに

2.

活動内容

目次

領域代表 吾郷 浩樹

２-１

総括班会議

２-２

領域会議

２-２-１ 第 1 回領域会議＠福岡（キックオフ） 2021/11/13
２-２-２ 第 2 回領域会議＠オンライン 2022/3/7-8
２-２-３ 第 3 回領域会議＠札幌 2022/10/14-15
２-２-４ 第 4 回領域会議＠つくば 2023/3/13-14
２-３

若手交流会

２-４

国際ワークショップ

２-４-１ Graphene Flagship
２-４-２ 米国ブルックヘブン国立研究所とのワークショップ
２-４-３ 新材料に関する A3 シンポジウム
２-４-４ 日中韓フォーサイトプログラム
２-４-５ チェコ共和国 Nanocarbon consortia とのワークショップ
２-５

国際連携セミナー

２-６

産学官協働ミーティング

２-７

レビュー論文（STAM）

２-８

公募説明会

２-９

領域内共同研究セミナー

２-１０ 領域内サイトビジット
２-１１ サンプル見本市
２-１２ 理論相談会
２-１３ 物性科学領域横断研究会
２-１４ その他のイベント
２-１５ 昇進3.

研究者等 一覧4.

計画班 研究成果
A01 班：２.５次元構造体のための物質創製 (物質創製班)
A02 班：２.５次元集積構造の構築 (集積化班)
A03 班：２.５次元構造体の分析技術開発 (分析班)
A04 班：２.５次元構造の新奇物性開拓 (物性開拓班)
A05 班：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)
1

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

5.

公募班 研究成果
A01 班：２.５次元構造体のための物質創製 (物質創製班)
A02 班：２.５次元集積構造の構築 (集積化班)
A03 班：２.５次元構造体の分析技術開発 (分析班)
A04 班：２.５次元構造の新奇物性開拓 (物性開拓班)
A05 班：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)

6.

研究業績リスト
６-１

論文

６-３

受賞

６-５

解説（日本語のみ）

６-６

プレスリリース

６-２
６-４

7.

基調講演、招待講演
書籍

ニュースレター
７-１

ニュースレター Vol. 1 ～ 11

７-２

ニュースレター特別号 チラシ

8.

アウトリーチ活動

9.

海外派遣報告10.

共同利用拠点10-１

共同利用拠点一覧

10-２

共同利用拠点 利用状況

2

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告.

3

１. はじめにはじめに
2021-2022 年度 領域報告書発行に際して複数の二次元物質が作り出す自由度を 0.5 次元と象徴的に表現した「2.5 次元物質」に関する学理構築と将来の社会変革を目指す本領域も 2023 年 8 月で丸 2 年になります。20
名の計画班のメンバー、4 名の領域アドバイザー、2 名の学術調査官の方々の協力の下、スタートした本領域も、2022 年 6 月に公募研究者 21 名を迎えて、計 41 名の研究者からなる大きなチームとなり、日本の低次元物質研究を支える研究組織となりました。
「Boundary
領域形成の意義は、分野をまたいだ共同研究にあるという私自身の考えで、（境界）」をキーワードに共同研究を強く推奨してきました。その結果、今では数えきれないほど多くの共同研究が有機的に行われるようになりました。公募研究者も巻き込んだダ
イナミックな共同研究を通じて、これから、世界をリードする新たな研究成果が領域から次々と生み出されてくるものと信じています。
組織としても、領域内外との共同研究を強く後押しして、学術研究を推進することを目的に、年 2 回の領域会議をはじめ、サンプル見本市、理論説明会、若手の会、領域セミナ
ー、サイトビジット、他の学会等との共催イベントなど様々な企画を行ってきました。領域
のもう一つの目標である社会変革に向けても、産業界の研究者ともミーティングを行っています。さらに、国際共同研究の推進や国際的なプレゼンス向上のため、オンラインを活用した国際ワークショップや国際セミナー、国際会議への積極的な参加なども行いました。最近では、「2.5D materials」というユニークな名前のおかげもあり、本領域の国際的な認知度や期待が高まっていることを感じます。
領域開始から 1 年半の領域の活動を総括し、領域の活動と研究成果を広く知っていただ
くため、本報告書を作成しました。本報告書が、新たな研究の萌芽や分野をまたいだ共同研
究のきっかけとなるとともに、本分野のさらなる興隆を通じて日本の科学技術の発展に寄与することを期待しています。
最後になりますが、文部科学省、関係者のご支援に厚くお礼申し上げるとともに、これからの領域への一層のご支援、ご協力をお願いできれば幸いです。

2023 年 7 月吉日「２.５次元物質化学：社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト」
領域代表

4

吾郷浩樹（九州大学主幹教授）

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告.

5

２. 活動内容

２． 活動内容
2021 年９月 10 日 交付内定
２-１

総括班会議

2021 年 9 月 11 日

第０回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2021 年 10 月 4 日

第 1 回領域ミーティング［計画班］(オンライン)

2021 年 11 月 13 日

第２回領域ミーティング［総括班］(九州大学)

2021 年 12 月 3 日

第３回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2022 年 2 月 22 日

第 4 回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2022 年 4 月 5 日

第 5 回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2022 年 6 月 14 日

第 6 回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2022 年 7 月 19 日

第 7 回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2022 年 9 月 30 日

第 8 回領域ミーティング［総括班］(オンライン)

2022 年 10 月 14 日

第 9 回領域ミーティング［総括班］（北海道大学）2023 年 1 月 4 日

第 10 回領域ミーティング［総括班］（オンライン）

2023 年 3 月 14 日

第 11 回領域ミーティング［総括班］（つくば国際会議場）

2023 年 3 月 30 日

第 12 回領域ミーティング［計画班］（オンライン）２-２

領域会議

研究状況の進捗確認および領域内での共同研究を推進するため、半期に 1 回 PI 全員が発表する形式にて領域会議を開催した。
２-２-１ 第 1 回領域会議（キックオフミーティング）
対面での議論を重視し、新型コロナウィルス感染症が小康状態にあった 2021 年
11 月に計画班研究者 20 名全員が集い、個々の研究内容の紹介と共同研究推進のための議論を行った。
日時：2021 年 11 月 13 日
場所：九州大学 グローバルイノベーションセンター 研修室
プログラム
9:00～ 9:05 開会挨拶（吾郷）9:05～10:10 A01 班発表
10:20～11:20

A02 班発表

11:30～12:30

A03 班発表

写真撮影、昼食休憩（総括班ミーティング/ラボツアー）*
13:20～14:20

A04 班発表

6

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

14:30～15:30

A05 班発表

15:40～17:00 フリーディスカッション（第 1 部：共同研究）
17:10～19:30 フリーディスカッション（第 2 部：領域運営）
19:30～19:35 閉会挨拶（岡田）*総括班ミーティング開催 12:35～13:20

キックオフミーティングとラボツアーの様子

２-２-２ 第 2 回領域会議
京都大学で対面での開催をするべく準備していたが、新型コロナウィルス感染症が蔓延していたため急遽オンラインでの開催に切り替え実施した。評価委員の先生方および学術調査官にもご参加いただき、領域研究や領域運営についてご意見を賜った。
日時：2022 年３月 7 日～8 日
場所：オンライン（Zoom）
プログラム 2022 年 3 月 7 日
9:00～ 9:05 開会挨拶（吾郷）7

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

9:05～ 9:10 領域アドバイザー、学術調査官の御紹介と御挨拶
9:10～10:50 A05 班発表
11:10～12:50

A04 班発表

写真撮影、昼食休憩（総括班ミーティング）*13:50～15:30

A03 班発表

15:50～16:40

A02 班(１)発表

16:40～17:30 フリーディスカッション１（領域運営）
17:30～18:15 フリーディスカッション２（共同研究等：ブレークアウトルーム）
18:15～19:45 バーチャル懇親会（Remo）*総括班ミーティング開催 13:00～13:50
プログラム 2022 年 3 月 8 日
9:00～ 9:50

A02 班(２)発表

9:50～10:15 A01 班(１)発表
10:35～11:50

A01 班(２)発表

11:50～12:20

フリーディスカッション３（共同研究：ブレークアウトルーム）

12:20～12:35 領域アドバイザー、学術調査官よりコメント
12:35～12:40 閉会挨拶（岡田）オンライン領域会議での集合写真

全体会議(ﾌﾘｰﾃﾞｨｽｶｯｼｮﾝ)の様子

２-２-３ 第 3 回領域会議
第１期公募研究者が加わってから初の領域会議であったため、公募研究の個々研
究内容の紹介に重点を置いた。PI１名当たり最大 2 名までの帯同を可として 82 名が参加した。また、今回より PI1 名につき 1 枚のポスター発表を実施。発表の合間の休憩時間を長く設定してフリーディスカッションの時間とすることにより、多くの共同研究に繋がる議論が交わされた。
日時：2022 年 10 月 14 日～15 日
場所：北海道大学 フロンティア応用科学研究棟 レクチャーホール

8

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

プログラム 2022 年 10 月 14 日
9:30～ 9:35 開会挨拶（上野）9:35～ 9:50 領域説明（吾郷）9:50～10:20 A04 計画研究班 発表
10:20～11:05

A04 公募研究班 発表

11:35～12:05

A05 計画研究班 発表

12:05～13:05

A05 公募研究班 発表

昼食休憩（総括班ミーティング）*14:05～14:35

A01 計画研究班 発表

14:35～15:20

A01 公募研究班(１) 発表

16:00～17:00

A01 公募研究班(２) 発表

17:00～18:30 ポスター発表
19:00～21:00 懇親会*総括班ミーティング開催 13:05～14:05
プログラム 2022 年 10 月 15 日
9:00～ 9:30

A03 計画研究班 発表

9:30～10:30 A03 公募研究班 発表
11:10～11:40

A02 計画研究班 発表

11:40～12:25

A02 公募研究班 発表

第 3 回領域会議の様子

12:25～12:40 全体会議（吾郷）12:40～12:55 講評（領域アドバイザー、学術調査官）
12:55～13:00 閉会挨拶（岡田）

第 3 回領域会議での集合写真

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-２-４ 第 4 回領域会議
初の大学外の施設での開催となった第 4 回領域会議は、領域内限定にも関わらず
96 名の参加者で賑わった。前回同様、PI 全員が口頭発表を行う形式で共同研究の成果や進捗に関して報告した。さらに今回より若手のエンカレッジを目的として
ポスター発表の場で「若手奨励賞」を設け、PI による審査により 7 名の学生に授与された。
日時：2023 年 3 月 13 日～14 日
場所：つくば国際会議場 １階 大会議室
プログラム 2023 年 3 月 13 日
9:30～ 9:35 開会挨拶（岡田）9:35～ 9:45 領域説明（吾郷）9:45～11:00 A01 班① 発表
11:30～13:00

A01 班② 発表

昼食休憩
14:00～15:00 ポスター発表
15:00～16:30

A03 班① 発表

17:00～17:30

A03 班② 発表

17:30～18:45

A02 班① 発表

19:00～21:00 懇親会
プログラム 2023 年 3 月 14 日
9:00～ 9:30

A02 班② 発表

9:30～10:15 A04 班① 発表
10:45～11:45

A04 班② 発表

11:45～12:15

A05 班① 発表

昼食休憩（総括班ミーティング）*13:30～15:00

A05 班② 発表

15:00～15:20 講評（領域アドバイザー、学術調査官）
第４回領域会議の様子

15:20～15:40 閉会式（若手奨励賞表彰式）*総括班ミーティング開催 12:15～13:30

第 4 回領域会議での集合写真
10

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

若手奨励賞 受賞者［７名］
Vanessa Chou Hui Yin（九州大学、博士課程１年）「Twist Angle Dependence of Chemically Functionalized Twisted Bilayer Graphene」
小倉 宏斗（東京都立大学、博士課程３年）「Fabrication and characterization of multilayer in-plane heterostructures based on transition metal dichalcogenides」
名苗 遼（東京大学、修士課程１年）「SnS における強誘電相同定とその振動モード取得」
川﨑 盛矢（東京大学、修士課程１年）「p⁺-MoS₂/数層 h-BN/p⁺-MoS₂ファンデルワールス接合における共鳴トンネル効果」
谷 天太（大阪大学、修士課程２年）「ツイストグラファイトにおける垂直電気伝導の理論」
河邉 佑典（名古屋大学、博士課程１年）「Mo₃S₄におけるナノスケールの触媒活性の直接可視化」
野本 直也（北海道大学、修士課程１年）「グラフェンプラズモンナノ構造の赤外分光特性」

若手奨励賞受賞者の皆さん と 表彰式の様子

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-３

若手交流会

若手研究者、及び学生の交流を通じた領域の活性化を目指し、第１回若手交流会を名古屋大学において開催した。全国から 26 名の若手研究者と学生が対面で参加し、研究交流や友好を深めることにより新たな共同研究の芽となる貴重な機会となった。
日時：2022 年 6 月 17 日
場所：名古屋大学 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー ３階ラウンジ
プログラム
１. 開会挨拶（宮田）13：00～
２. 自己紹介・研究内容紹介（司会進行：坂野）13：10～
３. フリーディスカッション・共同研究相談 ～16：00
４. 竹延研究室 ラボツアー 16：00～17：00 頃
５. フリーディスカッション・共同研究相談 ～17：55
６. 閉会挨拶（宮田） 17：55～
７.（自由参加）大野研究室 ラボツアー 18：00～19：00 頃

若手交流会の様子

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-４

国際ワークショップ

米国、EU 諸国、そしてアジア（中国・韓国）の研究者とのワークショップを実施し、二次元物質、２.５次元物質研究の世界的な動向の把握および研究に関する情報収集を行い、国際的なネットワークを強化し連携を深めた。
２-４-１ Graphene Flagship ［https://graphene-flagship.eu/］
Graphene Flagship はグラフェンおよび関連 2 次元材料の基礎的な材料合成、物
理、デバイスに関連する欧州連合の科学研究イニシアチブで、共同研究推進を目的としたワークショップを開催している。日本での開催については、本領域の国際ワークショップとして全面的に協力し、共催として行った。本領域からは A02の町田と A04 の越野が Programme chair として参加している。
5th EU-Japan Workshop on Graphene and Related 2D Materials
日時：2021 年 10 月 25 日（日本時間）
場所：オンライン
領域代表の吾郷が「2.5 次元物質科学」の発足について紹介、A02 宮田と A03
坂野が講演を行った。

Workshop ウェブサイトのトップページと参加者の集合写真

２-４-２ 米国ブルックヘヴン国立研究所とのワークショップ
米国ブルックヘヴン国立研究所の NSLS-II & CFN Joint Users’ Meeting 内で、本領域と先方の共用施設の科学者とのオンラインワークショップを開催した。A04
高村がオーガナイザーとして参加、領域代表の吾郷が基調講演を、A02 町田、宮田、A03 松田、A04 越野が講演を行った。事前に 250 名近い参加登録があり、今回の NSLS-II&CFN Joint Users’ Meeting の中では最大規模のワークショップとなった。
2D Materials and Beyond（Workshop 7）
日時：2022 年 5 月 25 日～26 日（日本時間）
場所：オンライン［一般公開］

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

ワークショップのチラシと当日の講演の様子

２-４-３ 新材料に関する A3 シンポジウム ［https://www.f.waseda.jp/noda/A3/］
ナノカーボンや 2 次元材料、およびその他の関連するナノ材料について、アジア
3 カ国のトップサイエンティストが今後の方向性や連携の可能性について議論し、国際的な研究ネットワークを強化するためシンポジウムを本領域が共催となり行った。なお、A01 吾郷、A03 松田、A05 大野が組織委員会として活動している。
The 12th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials forElectronics, Energy, and Environment
日時：2022 年 11 月 7 日～9 日
場所：早稲田大学＋オンライン
A03 松田、A02 北浦、A03 柳、A05 大野、A02 宮田、A01 吾郷が講演を行った。

A3 シンポジウムでの集合写真

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-４-４ 日中韓フォーサイトプログラム ［http://a3-2dmaterials.jp/］
２次元物質とそのファンデルワールスヘテロ構造の物性と機能開拓
二次元物質科学分野において、日本・中国・韓国の若手研究者間の組織的交流を促進し、共同研究により新しい学理を創出するとともに、3 カ国を中核とした世界トップ研究拠点の構築することを目的とした交流研究プロジェクトで、本領域から A03 末永、A02 町田、A03 松田、A01 加藤俊顕、領域代表 吾郷が日本メンバーとして名を連ねている。
第 9 回 2 次元材料国際ワークショップ
日時：2022 年 2 月 17 日～18 日
場所：オンライン
A04 高村、A03 坂野、A04 蒲江、A01 吾郷が招待講演を行った。
第 10 回 2 次元材料国際ワークショップ
日時：2022 年 7 月 5 日～7 日
場所：オンライン
A03 末永、A04 越野、A02 町田が招待講演を行い、領域代表の吾郷がパネ
ルディスカッションに参加した。A05 長汐研の Ngamprapawat さん、A02
宮田研の中西さんも講演を行った。

２-４-５ チェコ共和国 Nanocarbon consortia とのワークショップ
本領域とチェコ共和国の Nanocarbon consortia との国際合同セミナーを開催した。
A04 高村がオーガナイザーとして企画し、A01 吾郷、A03 松田、A05 大野が講演を行った。
Joint Japanese – Czech seminar: 2.5D Materials – Nanocarbon
日時：2022 年 12 月 5 日（日本時間）
場所：オンライン［一般公開］

Workshop のチラシ

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-５

国際連携セミナー（領域内限定）

A04 高村のアレンジにより、いずれもオンライン(Zoom)にて 5 回の国際連携セミナーを実施した。２.５次元物質に関連した研究の海外における動向の把握、国際的な共同研究の推進、若手研究者や学生の国際的な人材育成を目的に、海外で活躍する研究者や外国人研究者を講演者とするセミナーを開催した。
［日本時間］
2022 年 3 月 15 日

第 1 回国際連携セミナー
Dr. Jurek Sadowski（米国ブルックヘブン国立研究所）
講 演 題 目 ： “ CFN and NSLS-Ⅱ:User facilities for 2D
materials and beyond”

2022 年 7 月 27 日

第 2 回国際連携セミナー
Dr. Hisato Yamaguchi（米国ロスアラモス国立研究所）
講演題目：「若手の方が２.５次元プロジェクトから学べると思うこと～海外研究者の視点から～」2022 年 10 月 21 日

第 3 回国際連携セミナー
Prof. Andrew J. Mannix（米国 Stanford 大学）
講演題目：“Robotic In-Vacuum Assembly of 2D Materials
Heterostructures”

2022 年 11 月 29 日

第 4 回国際連携セミナー
Prof. Jana Kalbacova Vejpravova（チェコ共和国 カレル大学）
講 演 題 目 ： “ Research on van der Waals Materials in
NANOCARBON Group – Chemistry meets Physics”

2023 年 1 月 25 日

第 5 回国際連携セミナー
Dr. Anouar Benali（米国アルゴンヌ国立研究所）
講演題目： “ Towards predictive simulations of moleculesand solids in the era of exascale computing”

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-６

産学官協働ミーティング

九州大学グローバルイノベーションセンター（GIC）におけるオープンイノベーショ
ン推進の取り組み「koine」が開催する「二次元材料に関する koine ミーティング（NanoFoundry）」と本領域がタイアップし、第１回産学官協働ミーティングを開催した。企業、大学、国立研究所、ベンチャーキャピタル等が一堂に会し、研究シーズ
や今後の展望を議論し、組織を超えた交流のきっかけの場となった。A01 吾郷がオーガナイザーとして参加、A05 大野が講演を行った。
日時：2022 年 7 月 15 日
場所：九州大学 グローバルイノベーションセンター ３階 研修室
プログラム
13:00-13:45 基調講演１（公開）
久保利隆（産業技術総合研究所）
13:45-14:30 基調講演２（公開）大野雄高（名古屋大学）
14:45-15:15 企業からの講演（公開）
保井淳（日東電工株式会社）
15:30-17:30 二次元材料の研究開発を話題とした
フリーディスカッション（非公開）
学術変革領域研究の活動紹介
技術開発の加速や連携研究に関する議論
講演者との議論など
18:00-20:00 意見交換会（非公開）koine ミーティングのチラシ

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-７

STAM 誌への論文掲載

国際誌 Science and Technology of Advanced Materials (STAM)に、領域代表 吾郷、
A01 岡田、A02 宮田、A03 松田、A04 越野、A05 上野、長汐が執筆した「２.５次元
物質科学」のレビュー論文がオープンアクセスにて掲載され、学術系のニュースを扱う多数のサイトからプレスリリースが配信された。国内ジャーナルトップクラスのインパクトファクターをもつ STAM 誌（IF＝8.090）への掲載により、世界の材料科学研究に強い影響力を与えるとともに、「２.５D materials」という新たな word を世界にアピールすることができた。
論文情報“Science of 2.5 dimensional materials: paradigm shift of materials science toward
future social innovation”
Hiroki Ago*, Susumu Okada, Yasumitsu Miyata, Kazunari Matsuda, Mikito
Koshino, Kosei Ueno and Kosuke Nagashio

Science and Technology of Advanced Materials, 23, 275-299 (2022)
https://doi.org/10.1080/14686996.2022.2062576（オープンアクセス）

STAM 誌表紙と Editor's Choice 2022（Asia Research News 2023）の記事

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-８

学術変革領域研究(A)「２.５次元物質科学」領域紹介と公募研究の説明会

第 1 期公募研究班募集に際し、オンラインにて「２.５次元物質科学」の領域紹介および公募研究に関する説明会を開催した。事前参加登録のあった 130 名に向けて、領域全体や各班の紹介、公募研究へ期待することや事前に受け付けた質問への回答などを説明した。都合により参加できなかった方のために、後日、領域ホームページ
内に動画を掲載した。
日時：2021 年 12 月 8 日（水）13:30～15:00
場所：オンライン（Zoom）
プログラム
13:00～13:45 領域の紹介（領域代表：吾郷 浩樹）
13:45～13:50

A01 班（物質創製班）の紹介（研究代表：岡田 晋）

13:50～13:55

A02 班（集積化班）の紹介（研究代表：宮田 耕充）

13:55～14:00

A03 班（分析班）の紹介（研究代表：松田 一成）

14:00～14:05

A04 班（物性開拓班）の紹介（研究代表：越野 幹人）

14:05～14:10

A05 班（機能創出班）の紹介（研究代表：上野 貢生）

休憩
14:30～14:40 公募研究に期待すること（吾郷）
14:40～15:00 質疑応答（吾郷・岡田・宮田・松田・越野・上野）［公募研究 募集情報ページ］https://25d-materials.jp/info/details/

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-９

領域内共同研究セミナー

公募研究班の採択後より、共同研究促進のためオンラインにて領域内共同研究セミナーを開催した。基本金曜日のランチタイムを利用し、発表者は持ち回りで気楽に研究内容の紹介や議論ができる場として実施した。領域内限定とし、各回 30～40 名前
後の領域メンバーおよび研究室に所属するメンバーが参加した。
時間：12:10～12:35 発表
12:35～12:50 質疑応答
第 1 回

2022 年 7 月 1 日

A03 西堀 英治「SPring-8/SACLA の利用に関する紹介」

第 2 回

2022 年 7 月 15 日

A05 長汐 晃輔「Si を酸化して電気的安定な SiO₂形成。2D の酸化をどう考える？」

第 3 回

2022 年 7 月 29 日

A04 笹川 崇男「２.５D 用 vdW 単結晶素材の紹介」

第 4 回

2022 年 8 月 5 日

A03 杉本 宜昭「AFM による局所構造解析の紹介」

第 5 回

2022 年 8 月 19 日

A01 毛利 真一郎「（架橋）グラフェン上の金属蒸着や結晶成長についての研究の紹介」

第 6 回

2022 年 8 月 26 日

A04 若林 克法「２.５次元物質の光学応答の理論」

第 7 回

2022 年 9 月 16 日

A01 吾郷 浩樹「２.５次元領域の立ち上げの経緯とこれからへの期待」

第 8 回

2022 年 9 月 30 日

A01 蓬田 陽平「２.５次元遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブの紹介」

第 9 回

2022 年 10 月 28 日

A01 岡田 晋「物質種とネットワークトポロジーによる電子物性デザイン」

第 10 回

2022 年 11 月 25 日

A03 高橋 康史「走査型電気化学セル顕微鏡による局所電気化学計測の紹介」

第 11 回

2022 年 12 月 26 日

A02 宮田 耕充「遷移金属ダイカルコゲナイドの成長と集積化」

第 12 回

2023 年 1 月 20 日

A04 越野 幹人「モアレフォノンの理論」

第 13 回

2023 年 2 月 24 日

A02 町田 友樹「原子層の劈開・転写・量子輸送」

第 14 回

2023 年 3 月 31 日

A05 上野 貢生「プラズモンの化学：２.５次元物質への展開」

https://25d-materials.jp/category-seminar-internalseminar/20

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-１０ 領域内サイトビジット
本領域の共同利用拠点の一つである構造分析拠点の北陸先端科学技術大学院大学にて第 1 回領域内サイトビジットを実施した。7 名の領域メンバーが参加し、STEM や
イオンビーム加工装置等共同利用拠点設備の見学、高村研、大島研、水田研の見学、及び領域運営や共同利用拠点についての議論等を行った。
日時：2022 年 6 月 6 日～7 日
場所：北陸先端科学技術大学院大学
プログラム 2022 年 6 月 6 日
13:00～13:10 挨拶（高村）13:10～14:50 共同利用施設見学
15:00～16:20 研究室見学
16:30～17:30 共同利用拠点（構造解析）利用に関する議論
18:00～20:00 領域運営に関する意見交換会
プログラム 2022 年 6 月 7 日
10:00～12:00 透過電子顕微鏡による 2.5 次元物質観察（希望者）

参加者による集合写真と見学の様子

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-１１ サンプル見本市
第 3 回領域会議のサテライト企画として開催した。試料の提供が可能な研究者 7 名が現物や写真を持ち寄りサンプルについて紹介し、提供の相談を受け付けた。
日時：2022 年 10 月 15 日 14:00〜17:00
場所：北海道大学 理学部 5 号館 5-201

サンプル見本市の様子

２-１２ 理論相談会（理論のトリセツ）
第 3 回領域会議のサテライト企画として開催した。理論研究参画者 6 名による研究の説明の後、計算や解析についての個別相談を行った。
日時：2022 年 10 月 15 日 14:00〜17:00
場所：北海道大学 理学部 5 号館 5-206

理論のトリセツの様子

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-１３ 物性科学領域横断研究会
物性科学に関連した新学術領域研究および学術変革領域研究(A)が合同で開催する研究会で、各領域の研究内容を専門外の研究者や大学院学生に対し解説し、領域間のシナジー効果を高めると共に、物性科学のホットな話題を 2 日間で概観することを目的とし例年秋に開催している。
第 15 回物性科学領域横断研究会
日時：2021 年 11 月 26 日～27 日
場所：オンライン
https://www.rs.tus.ac.jp/ryoikioudan/2021/index.html
領域代表の吾郷が「今年度の採択領域からの講演」枠において、本領域について講演を行った。
第 16 回物性科学領域横断研究会
日時：2022 年 11 月 25 日～26 日
場所：オンライン領域代表 吾郷、A03 松田、A02 町田が一般セッションにて講演、A02 宮田
研の小倉さん、A02 町田研の小野寺さん、A05 大野研の内山さんが若手講演を行った。

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-１４ その他のイベント
第 49 回炭素材料学会年会
特別セッション「次元性の拡張による炭素材料の高機能化」共催
日時：2022 年 12 月 7 日～9 日
場所：姫路市市民会館
https://www.tanso.org/contents/event/conf2022/index.html
本領域から A01 吾郷、A05 大野が招待講演を行った。

第 70 回応用物理学会春季学術講演会
シンポジウム「低次元材料のデバイス応用の最新動向」
日時：2023 年 3 月 15 日
場所：上智大学＋オンライン
A05 大野、長汐が世話人をつとめ、A05 河野が講演を行った。

領域共催にて下記のセミナーを行った。 https://25d-materials.jp/openseminar/
2021 年 12 月 7 日

北大オープンセミナー

2022 年 1 月 11 日

JAIST マテリアルサイエンス系セミナー

2022 年５月 25 日

JAIST セミナー

2022 年９月 26 日

JAIST マテリアルサイエンス系セミナー

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

２. 活動内容

２-１５ 昇進2022 年 10 月 1 日 A02 荒井 俊人（東京大学 大学院工学系研究科 講師）
国立研究開発法人 物質・材料研究機構に主任研究員として栄転
2022 年 11 月 1 日 A02 荒井 俊人
令和４年度の文部科学省の卓越研究員に認定され、物質・材料研究機構の独立研究者となる
2022 年 12 月 1 日 A03 杉本 宜昭
東京大学大学院新領域創成科学研究科の教授に昇任

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告.

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３．研究者等 一覧

３．研究者等一覧（2023年3月時点）

■総括班
吾郷 浩樹

九州大学

領域代表・共同利用拠点運営

岡田 晋

筑波大学

領域副代表・理論計算支援宮田 耕充

東京都立大学

松田 一成

京都大学

研究推進支援・共同利用拠点運営

越野 幹人

大阪大学

理論計算支援

上野 貢生

北海道大学

情報発信支援

長汐 晃輔

東京大学

情報発信支援・共同利用拠点運営

町田 友樹

東京大学

共同利用拠点運営

櫻井 英博

大阪大学

研究推進支援高村 由起子

JAIST

国際連携支援・共同利用拠点運営

西堀 英治

筑波大学

大型装置共同利用支援

大野 雄高

名古屋大学

産学官連携支援

若手育成支援27

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３．研究者等 一覧■計画班
A01班：２.５次元構造体のための物質創製 (物質創製班)

研究代表者

岡田 晋

研究分担者

吾郷 浩樹

研究分担者

櫻井 英博

研究分担者

渡邊 賢司

筑波大学

DFTによる新規物質の設計と計算支援

数理物質系
九州大学

二次元物質のCVD成長とインターカレーション

ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝｾﾝﾀｰ
大阪大学

有機合成に基づく擬二次元構造の創製

大学院工学研究科

高品質h-BNの高圧合成と気相成長

物質・材料研究機構

A02班：２.５次元集積構造の構築 (集積化班)

研究代表者

宮田 耕充

研究分担者

町田 友樹

研究分担者

荒井 俊人

研究分担者

松本 里香

東京都立大学

２.５次元物質の化学気相成長と集積化

理学研究科
東京大学

ロボティック積層による集積構造の構築

生産技術研究所
東京大学

液相/印刷プロセスによる自己組織化分子膜形成／物質・材料研究機構
東京工芸大学

インターカレーションによるナノ空間の活用

工学部

A03班：２.５次元構造体の分析技術開発 (分析班)

研究代表者

松田 一成

研究分担者

西堀 英治

研究分担者

末永 和知

研究分担者

坂野 昌人

京都大学
エネルギー理工学研究所
筑波大学

２.５次元物質の光技術と機能創発
先端放射光X線回折による２.５次元物質の構造評価

数理物質系
大阪大学

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

産業科学研究所
東京大学

２.５次元物質におけるバンド構造の直接観測

大学院工学系研究科

A04班：２.５次元構造の新奇物性開拓 (物性開拓班)

研究代表者

越野 幹人

研究分担者

高村 由起子

研究分担者

笹川 崇男

研究分担者

蒲江

大阪大学

ハイブリッド・モアレ物質の物性理論と新機能開拓

大学院理学研究科
北陸先端科学技術大学院大学
先端科学技術研究科

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

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

科学技術創成研究院

性開拓

名古屋大学

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

大学院工学研究科

A05班：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)

研究代表者

上野 貢生

研究分担者

長汐 晃輔

研究分担者

大野 雄高

研究分担者

松尾 吉晃

北海道大学

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

大学院理学研究院
東京大学

２.５次元界面制御によるトランジスタ特性制御

大学院工学系研究科
名古屋大学
未来材料・システム研究所
兵庫県立大学

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
２.５次元材料の蓄電デバイスへの応用

大学院工学研究科

28

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３．研究者等 一覧■公募班
A01班：２.５次元構造体のための物質創製 (物質創製班)

研究代表者

加藤 幸一郎

研究代表者

加藤 俊顕

研究代表者

黒澤 昌志

研究代表者

田代 省平

研究代表者

久木 一朗

研究代表者

毛利 真一郎

研究代表者

蓬田 陽平

九州大学

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次元材料のデ大学院工学研究院

ザイン指針探索東北大学

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

工学研究科

学の開拓

名古屋大学

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

工学研究科
東京大学

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

大学院理学系研究科
大阪大学

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

基礎工学研究科

質創成

立命館大学

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

理工学部

性解明

東京都立大学

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

理学研究科

積応用

A02班：２.５次元集積構造の構築 (集積化班)

研究代表者

上野 啓司

研究代表者

北浦 良

研究代表者

田中 秀和

埼玉大学

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

理工学研究所

ムの応用

名古屋大学

１.５次元から２.５次元への展開に基づく新物質群創出／物質・材料研究機構
大阪大学

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

産業科学研究所

A03班：２.５次元構造体の分析技術開発 (分析班)

研究代表者

杉本 宜昭

研究代表者

高橋 康史

研究代表者

柳 和宏

研究代表者

Lin Yung-Chang

東京大学
大学院新領域創成科学研究科
名古屋大学

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
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

工学研究科
東京都立大学

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

理学研究科
国立研究開発法人

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

産業技術総合研究所

術の開発

A04班：２.５次元構造の新奇物性開拓 (物性開拓班)

研究代表者

塩見 雄毅

研究代表者

若林 克法

研究代表者

友利 ひかり東京大学

２.５次元物質における高効率スピン電流変換

大学院総合文化研究科
関西学院大学

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

工学部
筑波大学

格子ひずみによるグラフェン超格子構造の開拓

数理物質系

A05班：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)

研究代表者

石井 史之

研究代表者

小野 倫也

研究代表者

河野 行雄

研究代表者

山本 真人

金沢大学

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

ナノマテリアル研究所の第一原理計算神戸大学

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

工学研究科

スデザイン

中央大学

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

理工学部

素子・計測の創出

関西大学

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

システム理工学部の展開

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３．研究者等 一覧■領域アドバイザー・評価委員
金子 克美
斉木 幸一朗
斎藤 晋
横山 直樹
Stephan Roche

信州大学

特別特任教授東京大学名誉教授

東京工業大学 大学院理工学研究科 教授
富士通株式会社

名誉フェロー

Catalan Institute of Nanoscience andNanotechnology, Spain

Young Hee Lee

Sungkyunkwan University, South Korea

Junichiro Kono

Rice University, USA

Chun-wei Chen

National Taiwan University (NTU), Taiwan■領域サポートスタッフ
村田 和香

サイエンスコミュニケーター

門田 英子

イラストレーター・サイエンスコミュニケーター

工藤 朋子

領域セクレタリー

中村 奈津子領域セクレタリー

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告.

31

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32

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A01 物質創製班

計算物質科学による 2.5 次元物質の物質設計と物性解明
岡⽥ 晋（筑波⼤学数理物質系）
研究協⼒者︓丸⼭ 実那（同上）・⾼ 燕林（同上）E-mail: sokada@comas-tsukuba.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) ２.５次元物質の構成物質としての可能性を秘めた新奇原子層物質の物質
設計と物性解明を行なった。特に sp3 炭素原子を含みかつ５員環からなるネットワーク物質、スピログラフ
ェンの種々の構造多形の提案を行った。(2)さらに、種々の原子層物質からなる、面間ヘテロ/ホモ複合構造、ならびに面内ヘテロ複合構造の電子物性、特に遷移金属カルコゲン化合物ヘテロ構造の電子物性の複合構造
Journal ofApplied Physics

形成と外部電界による変調を明ARTICLE

scitation.org/journal/jap

らかにした。(3)加えて、領域内の共同研究として、実験結果に対する理論解析、特に、エネルギー論と電子構造の観点からの解析を行なった。
主な成果としては、２層グラフ
ェンとお椀状の炭化水素分子コ間化合物の物質設計と物性解明を行い、当該物質系が極めてユニークな電子物性を有することを明らかにした。すなわち、グラフ
ェン層間のコラニュレンの配向を制御することにより、上／下層のグラフェンに電子／正孔を誘起することが可能であり、系内において、コラニュレン分子の配向
1 (a) A geometric structure of superlattice consisting of strips of
FIG. 6. (a) A geometric structure of superlattice consisting of strips of bilayer graphene with 20 ! 5 supercell where corannulene is alternately arranged in convex andが異なる境界を導入することに(a) Fig.concave
withquadruple periodicity. Red,
blue, gray, andpink balls denote C atoms ofis
corannulene
molecule with convexarranged
arrangement, C atomsinof corannulene
molecule
bilayergraphene
wherecorannulene
alternately
convexwith concave arrangement, C atoms of bilayer graphene, and H atoms, respectively. Right blue lines indicate a unit cell. (b) Projected density of states (pDOS) of
corannulene-intercalated
bilayergrapheneonC
atoms
belonging
to
the
upper
layer
(the
upper
panel)
and
lower
layer
(the
lower
panel).
Verticaldottedlines
indicate
より、境界近傍において、各グラ
andcorannulene
concavewith quadruple periodicity. Red, blue, gray, and pink ballsthe
position. A corresponding side view of the geometric structure of corannulene-intercalated bilayer graphene is given in the middle panel. (c) A schematic band
diagram associatedwith the Diracof
pointscorannulene
near the interface between corannulene
with convex andwith
concave arrangements
in bilayer
graphene. Blue and red cones corredenoteC
atoms
molecule
convexarrangement,C
spond with the Dirac cones belonging to upper and lower graphene layers, respectively. Arrows indicate the direction of polarity of corannulene.
フェン層での明確なバンドベン
atoms of corannulene molecule with concave arrangement, C atoms of
ディング生じ、p/n 境界を作り込
bilayer graphene, and H atoms, respectively. Right blue lines indicate a
Molecular conformation and arrangement crucially affect thegraphene around the convex region is deeper than that around the
unit
cell.
pDOS
of differencecorannulene-intercalated
grapheneon isConeelectronic propertiesbilayerof bilayer graphene.
Applying pressure
concaveregion.(b)The estimatedpotentialon the graphene
むことが可能であることを理論
plausible way to achieve flat molecular conformation of corannulayer between convex and concave regions is approximately 0.16 V.
atoms
belonging to the upper layer and lower
layer. (c) A schematic bandlene between graphene layers. Figure 8 shows the calculated total
This value is smaller than that obtained in bilayer graphene encapenergy of nearbilayer graphenecorannulene
with bowl andsulating corannulene
that is unidirectionallyof the points
的に予言した(Fig. 1)。これは、diagramassociatedwith aligned
the because
Diracthe intercalatinginterface
betweenflat conformations as a function of interlayer spacing. The energy
small width of concave and convex regions.
corannulene
withconvexandconcavearrangementsinbilayergraphene.
コラニュレン分子が有する分子面鉛直方向の分極による電界効果である。

J. Appl. Phys. 131, 134303 (2022); doi: 10.1063/5.0083616

Downloaded from http://pubs.aip.org/aip/jap/article-pdf/doi/10.1063/5.0083616/16455859/134303_1_online.pdf

ラニュレン(C20H10)からなる層

131, 134303-6

Published under an exclusive license by AIP Publishing【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、櫻井(A01)、渡邊(A01)、加藤(俊) (A01)、蓬田(A01)、宮田(A02)、北浦(A02)、松田(A03)、柳(A03)、
蒲(A04)、越野(A04)、若林(A04)、友利(A04)、長汐(A05)、大野(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] M. Maruyama, R. Kitaura, S. Okada, et al. Gate-Induced Trans-dimensionality of Carrier Distribution in Bilayer Inplane Heterosheet of MoS2 and WS2 for electronics applications, ACS Appl. Nano Mate. 6, 5434-5439 (2023).
[2] M. Maruyama, S. Okada, All carbon p-n border in bilayer graphene by molecular orientation of intercalated
corannulene, J. Appl. Phys. 131, 134303 (2022).
[3] Y. Gao, S. Okada, Electronic structure of diamond nanowires under an external electric field, Diam. Relat. Mater.
125, 109029 (2022).

33

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A01 物質創製班

二次元物質の CVD 成長とインターカレーション
吾郷 浩樹（九州大学グローバルイノベーションセンター）
研究協力者：Pablo Solís Fernández・深町 悟（同上）E-mail: h-ago@gic.kyushu-u.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) ２.５次元物質のビルディングブロックとなる二次元物質の高品質合成、(2) 金属塩化物を中心とする二層グラフェンへのインターカレーション、(3) CVD 膜の革新的転写法による
２.５次元物質の作製法の開発、などを中心に研究を行った。同時に、多くの領域内共同研究者にグラフェン
や hBN の提供を行って、領域内共同利用拠点としての役割も果たした。領域内の研究者による理論計算や各種の高度な測定の協力を得て、研究活動の高度化を進めることができた。また、ロスアラモス研究所やブルックヘブン研究所などとの国際共同研究も推進し、一部の成果は論文につながった。
主な成果としては、Fe-Ni ホイルを用いた CVD 法による多層 hBN の高品質合成を達成し、グラフェンと積層した２.５次元構造を作製し、転写プロセスの詳細な検討などを通じて、cm レベルでのグラフェン FET
アレーの特性向上効果を確認することができた（Fig. 1）[1]。これまでの CVD-hBN を用いたデバイスは、清浄で皺がない非常に小さなエリアに電子線リソグラフィで作られていたが、本研究ではフォトリソグラフ
ィを用いて、多数のデバイスを統計的に評価して、大面積 hBN の効果を示すことができた。また、皺や界面のバブルがグラフェンのキャリア移動度に及ぼす影響なども理解を深めた。
この他にも、領域メンバーの協力を得て、AlCl3 と CuCl2 のコインターカレーションが、二層グラフェンのツイスト角度に大きく依存し、ツイスト角が大きくなるほどインターカレーションの割合が増えることを見出すことができた [2]。

Figure 1 CVD synthesis of multilayer hBN and the integration with CVD-grown monolayer graphene. (a,b)
Photograph and optical images of large-area, multilayer hBN. (c) Device arrays of graphene/hBN and graphene
channels. (d) Comparison of the carrier mobility of different types of graphene devices.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、櫻井(A01)、毛利(A01)、宮田(A02)、荒井(A02)、松本(A02)、田中(A02)、末永(A03)、西堀(A03)、杉本(A03)、高橋(A03)、Lin(A03)、蒲(A04)、上野(A05)、松尾(A05)、河野(A05)、山本(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] S. Fukamachi, Y.-C. Lin, K. Suenaga, H. Ago et al., Large-area synthesis and transfer of multilayer hexagonal boron
nitride for enhanced graphene device arrays, Nat. Electron., 6, 126 (2023).
[2] Y. Araki, Y.-C. Lin, R. Matsumoto, K. Suenaga, S. Okada, H. Ago et al., Twist angle-dependent molecular intercalationand sheet resistance in bilayer graphene, ACS Nano, 16, 14075 (2022).
[3] H. Ago, S. Okada, Y. Miyata, K. Matsuda, M. Koshino, K. Ueno, K. Nagashio, Science of 2.5 dimensional materials:
paradigm shift of materials science toward future social innovation, Sci. Tech. Adv. Mater., 23, 275 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A01 物質創製班

有機合成に基づく擬二次元構造の創製
櫻井 英博（大阪大学大学院工学研究科）
研究協力者：燒山佑美（同上）E-mail: hsakurai@chem.eng.osaka-u.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) 湾曲（波状）２次元物質、特に MOF、HOF、COF 合成へ向けたユニット分子”Curved Starphene”の合成研究. (2) スマネンケージ分子の合成とその nCOF 生成についての研究、(3) トリオキソスマネンのグラフェンへの物理吸着によるバンドギャップ制御に関する理論研究、を中心に研究を行った。また並行して、関連研究としてスマネン結晶における in-plane motion を利用した誘電応答特性について共同研究を実施した[3]。さらに、領域内の研究者にスマネンやその誘導体を提供した。
主な成果としては、非平面グラフェン様２次元物質を合成する上で重要となるユニットである、スマネンを母骨格にもつ湾曲状のスターフェン”Curved Starphene(c-Starphene)”の基本ユニットに相当する、[7]c-starphene の合成に初めて成功したことが挙げられる。

スマネンを出発とし、既報に従いヘキサブロモスマネンを 97%収率で得た。続いて銅触媒を用いたアルキニルを行い、前駆体を 82%収率で合成することができた。これに対し根岸試薬を用いたアルキンの分子内環化を行ったところ、目的の反応に続き、芳香環化を伴う異性化反応が進行し、[7]-c-starphene 誘導体が収率 46％で得られた。この合成ルートのメリットは、生成物に対してブロモ化を行うことで、環延長された同構造の誘導体に変換できることであり、原理的には逐次的な環延長が可能であることである。

現在は、合成した[7]-c-starphene の基礎物性の測定を行っており、同時に、湾曲 COF 合成へ向けた誘導化の検討を開始したところである。
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、吾郷(A01)、渡邉(A01)、田代（A01）、久木（A01）、毛利（A01）、宮田(A02)、荒井(A02)、松本(A02)、
松田(A03)、西堀(A03)、坂野(A03)、杉本(A03)、大野(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] H. Nakazawa, M. Nakano, Y. Yakiyama, H. Sakurai et al., Synthesis of Sumanene-fused Acenes, Asian J. Org. Chem.,
11, e20220471 (2022).
[2] M. Li, Y. Yakiyama, T. Akutagawa, H. Sakurai et al., Tuning Dielectric Response by Co-crystallisation of Sumanene
and its Fluorinated Derivative, Chem. Commun., 58, 8950 (2022).
[3] M. Li, J.-Y. Wu, Y. Yakiyama, T. Akutagawa, T. Fukushima, K. Matsuda, H. Sakurai et al., Dielectric Response of 1,1Difluorosumanene Caused by an In-Plane Motion, Mater. Chem. Front., 6, 1752 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A01 物質創製班

⾼品位六⽅晶窒化ホウ素の成⻑技術の開発
渡邊 賢司（国⽴研究開発法⼈物質・材料研究機構）
研究協⼒者︓⾕⼝ 尚（同上）E-mail: WATANABE.Kenji.AML@nims.go.jp

六方晶窒化ホウ素(hBN)は、ホウ素原子と窒素原子からなりグラファイトと似た結晶構造をもつ層状化合物である（Fig.1(a)）
。2004 年に高温高圧法により高純度低欠陥単結晶の成長に成功し、その後 2010 年にグラフェンの基板として用いられると、原子レベルでの平坦性を担保し、かつグラフェンの表面ポテンシ
ャルのゆらぎを最低限に抑制することができることから、グラフェンのみならず遷移金属カルコゲナイドな
どの種々の 2 次元結晶などにも応用され基盤材料として広く用いられている。この優れた特性を 2.5 次元物
質・材料応用に展開するために、我々は高圧法と比較してより柔軟性の高い気相成長法による高純度単結晶
成長実験に取り組んでいる。原料ガスソースとしてジボランとアンモニアを用いた熱化学気相成長法（熱CVD 法）により、高温高圧法により成長した高純度単結晶の剥離基板上に単結晶成長を行う。2 次元成長を行うためには高温成長が必要なので熱源としてレーザ加熱法を用いている（Fig.1(b)）
。これまでの気相成長システムにおいて最適化された結晶成長条件によりホモエピタキシャル成長した六方晶窒化ホウ素薄膜試料の結晶性を光電子分光法（XPS）や発光分光法などを用い検証した結果、炭素および酸素不純物の取り込みが著しいことを見出した。これらの不純物の混入経路は成長中の雰囲気に由来することが成長槽雰囲気中のガス分析から予想され、高純度気相成長技術の改良への指針を得た。そこで本年度は、これまで使用してきた成長槽の交換を行うと同時に真空系を刷新し、オイルフリーな環境を実現した（Fig.1(c)）
。これらの装置の改造により、成長槽内の炭素・酸素関連分子のガス分圧は、従来装置と比較して約 1 桁程度の改善が実現しており、新たな成長システムにおいて成長条件の最適化を進めている。

Figure 1 (a) Crystal structure of hexagonal boron nitride, (b ) and (c) Schematics of Laser heated thermal CVD
system for hBN growth.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、上野(A02)、宮田(A02)、町田(A02)、田中(A02︓公募)、北浦(A02︓公募)、松田(A03)、坂野(A03)、笹川(A04)、長汐(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果（URL）】
https://25d-materials.jp/achievement_search/?category_name=&member=a01_渡邊_賢司_%2F_kenji_watanabe&coauthor=領域内共著

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ ڰ‬ੑ઺ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ૐ஋ଡୗभଡണ
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A02 集積化班

２.５元集積構造の化学気相成長と機能開拓
宮田 耕充（東京都立大学）
研究協力者：中西 勇介・Zhang Wenjin（同上）E-mail: ymiyata@tmu.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、２.５次元物質の構成要素となる遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)に着目し、(1)化学気相成長(CVD)による高品質試料の合成、(2) ポリマーを利用した転写技術の開発、(3) 面内および積層ヘテロ構造の作製と電子輸送特性の評価、などを中心に研究を行った。同時に、多くの領域内共同研究者に CVD 法で合成した TMDC の提供を行い、共同研究を推進してきた。また、領域内の研究者により提供された試料や物性計測の協力を得て、一部の研究成果の論文発表に繋がっている。
主要な成果として、多層 TMDC 面内ヘテロ接合の実現とタイプ III バンドアライメントの検証が挙げられる[1]。TMDC の面内ヘテロ接合は、PN ダイオードやトンネル電界効果型トランジスタ(TFET)などの応用が期待されているが、高濃度にキャリアドープした試料の作製が困難であった。今回、WSe2 や NbxMo1-xS2 のバルク結晶から、剥離により多層のフレークを基板上に作製し、その端から多層の MoS2 を CVD 成長させる
ことに成功した(Fig.1a,b)。また、NbxMo1-xS2/ MoS2 面内接合では、トランジスタ構造の作製と電流電圧特性の評価より、バンドアライメントがタイプ II からタイプ III へと変化したことが示された(Fig.1c-e)。
この他にも、領域メンバーとの共同研究を通じて、W6Te6 原子細線結晶への In 原子のインターカレーショ
ン[2]、および窒化ホウ素ナノチューブの孤立化と単層 MoS2 ナノチューブの合成[3]などを行った。

Figure 1 (a) Schematic of the growth process and (b) scanning transmission electron microscopy (STEM) image ofan in-plane heterostructure of multilayer TMDCs. Schematics of (c) the device structure and (d) the band diagramof NbxMo1-xS2 and MoS2 in-plane heterostructure. (e) Current-voltage curves as a function of gate voltage.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、吾郷(A01)、櫻井(A01)、渡邊(A01)、毛利(A01)、蓬田(A01)、加藤(A01)、荒井(A02)、上野(A02)、北浦(A02)、松田(A03)、末永(A03)、西堀(A03)、高橋(A03)、柳(A03)、Lin(A03)、越野(A04)、高村(A04)、蒲(A04)、塩見(A04)、上野(A05)、長汐(A05)、山本(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果[1] H. Ogura, K. Yanagi, K. Ueno, S. Okada, K. Nagashio, Y. Miyata, et al., Multilayer In-Plane Heterostructures Basedon Transition Metal Dichalcogenides for Advanced Electronics, ACS Nano 17, 6545-6554 (2023).
[2] R. Natsui, Y.-C. Lin, J. Pu, S. Okada, K. Suenaga, Y. Miyata, et al., Vapor-Phase Indium Intercalation in van der Waals
Nanofibers of Atomically Thin W6Te6 Wires, ACS Nano 17, 5561-5569 (2023).
[3] S. Furusawa, Y. Yomogida, K. Yanagi, K. Suenaga, Y. Miyata, et al., Surfactant-Assisted Isolation of Small-Diameter
Boron-Nitride Nanotubes for Molding One-Dimensional van der Waals Heterostructures, ACS Nano 16, 16636–16644(2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A02 集積化班

ロボティック積層による集積構造の構築
町田 友樹（東京大学生産技術研究所）
E-mail: tmachida@iis.u-tokyo.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、ファンデルワールス集積構造の構築と物性創発の研究を推進した。具体的には、(1) マイクロドーム型の PVC ポリマーを用いた原子層転写技術の構築、 (2) WSe2 のサブバンド準位を利用した共鳴トンネル伝導の観測、(3) ツイスト二層 WTe2 においてツイスト角度の制御による対称性制御とバンド構造変調、などを中心に研究を行った。同時に、多くの領域内共同研究者に原子層転写技術の支援を行い、領域内共同利用拠点としての役割も果たした。領域内の研究者から結晶の提供やバンド構造計算の協力を得て、研究活動を高度に高効率で進めることができた。また、トロント大学との国際共同研究も推進
し、成果を論文発表した。
主な成果としては、複数層遷移金属ダイカルコゲナイドのサブバンドを利用して、二重量子井戸に相当す
る構造を作製して価電子帯におけるホールの共鳴トンネル効果を観測した。二次元結晶およびファンデルワ
ールス接合を利用したサブバンドエレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクス分野の基盤となる成果であり波及効果が大きい。さらに電極をグラフェンにすることで、伝導体の電子の共鳴トンネル効果も観測した。
サブバンドが Q 点に形成されているため、トンネルツイスト角度に依存した共鳴トンネルが観測された。
Q 点近傍のバンド分散構造を反映している。
作製技術に関する面では、Elvacite ポリマーを使用した方法と PVC ポリマーを使用した方法の 2 つのオ
リジナル転写技術を構築した。

Figure 1 Demonstration of flip-over stacking. (a) Five h-BN flakes on a SiO2/Si substrate were picked up by a 100μm-PVC/PDMS stamp at T = 55 °C, starting with the largest and proceeding to sequentially smaller flakes, andhence (b) an inverse-mountain-like stacked structure was created. (c) The stack was brought into contact with and(d) transferred to a 15-μm-PVC/PDMS stamp at T = 100 °C. (e) The 15-μm-PVC/PDMS stamp was inverted and (f)brought into contact with a SiO2/Si substrate before being slowly detached at T = 150 °C. (g) The stack was dryreleased on the substrate, and a mountain-like layered h-BN structure was obtained.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
渡邊(A01)、宮田(A02)、北浦(A02)、松田(A03)、末永(A03)、坂野(A03)、柳(A03)、Lin(A03)、越野(A04)、高村(A04)、
笹川(A04)、松尾(A05)、河野(A05)、山本(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] K. Kinoshita, R. Moriya, S. Okazaki, Y. Zhang, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Sasagawa, T. Machida,
Resonant tunneling between quantized subbands in van der Waals double quantum well structure based on few-layer
WSe2, Nano Letters 22, 4640 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A02 集積化班

有機分子層を用いた 2.5 次元構造の構築と機能開拓
荒井 俊人（物質・材料研究機構）
E-mail: ARAI.Shunto@nims.go.jp

2021～2022 年度にかけて、２.５次元物質のビルディングブロックとなる有機薄膜内の分子配列制御に取り組んだ。具体的には（ 1）有機半導体の高移動度化に向けた薄膜層内の分子配列制御（ [1]、（ 2）新規ｎ型半導体の創製に向けたドナー・アクセプタ分子混合結晶の構造解析と安定性評価（ [2]、（ 3）柔粘性/強誘電性結晶の分極ドメイン観察（ [3]（ を中心に進めた。同時に、試料のやり取りや、実験（・計算技術の提供をもとに多くの領域内研究者と共同研究も進めた。
主な研究成果としては、有機半導体薄膜における層内分子配列の対称性を制御する指針を得たことが挙げられる（ [1]。二次元的なキャリア輸送に適した分子配列としてヘリンボーン型配列が知られている。これまでこの配列は、隣接するπ電子骨格平面のなす角（ ヘリンボーン角）により特徴付けられてきた。
（ Fig.（1(a)）。
しかしながら、ヘリンボーン角が共通でも２種類の異なる対称性の配列が形成されうることに着目しFig.（1(b)）、実際にπ電子と直鎖アルキル基からなるモデル有機半導体系において、置換するアルキル鎖長を変えることで、こうした対称性の異なる配列が得られることを明らかにした（ Fig.（1(c)）
。この２つの結晶多形について、単結晶トランジスタの特性を比較すると、長鎖アルキルを付与した分子ではデバイス移動度が 10 倍
程度高いことがわかった。各結晶相に対して熱物性の測定や分子間相互作用の解析を行うことで、結晶構造の変化が、層内で隣接するπ電子骨格間およびアルキル鎖間の相互作用が競合することに由来していることを見出した。本研究により、高移動度化に有利な結晶多形を選択的に作る指針が得られた。今後はより高い移動度が得られる相について、積層方向の配列制御と機能の開拓を進める。

Figure 1 (a) (top) Layered
herringbone(LHB)-typemolecular packing. (bottom)
Schematic illustration of the Tshaped molecular contact. The Tshape contacts are characterized
by glide reflection symmetry. (b)Schematic representations ofdistinct glide symmetries in LHB
polymorphs. The glide planes areperpendicular to the y-axis and xaxis, as indicated by the purple
dotted lines. (c) Molecular
packing structures of mono-CnBTBTs. The left and right panels
show short-chain and long-chain
type polymorphs, respectively.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、櫻井(A01)、宮田(A02)、杉本(A03)、柳(A03)、長汐(A05)、松尾(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] S. Arai, S. Inoue, M. Tanaka, S. Tsuzuki, R. Kondo, R. Kumai, T. Hasegawa, "Temperature-induced transformation
between layered herringbone polymorphs in molecular bilayer organic semiconductors", Phys. Rev. Mater. 7, 025602(2023).
[2] S. Matsuoka, K. Ogawa, R. Ono, K. Nikaido, S. Inoue, T. Higashino, M. Tanaka, J. Tsutsumi, R. Kondo, R. Kumai,
H. Matsui, S. Tsuzuki, S. Arai, T. Hasegawa, "Highly stable and isomorphic donor-acceptor stacking in a family of n-typeorganic semiconductors of BTBT-TCNQ derivatives", J. Mater. Chem. C 10, 16471 (2022).
[3] Y. Uemura, S. Matsuoka, S. Arai, J. Harada, T. Hasegawa, "Intersecting multiaxial domain walls in plastic ferroelectric
crystal films", Phys. Rev. Mater. 7, 035601 (2023).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A02 集積化班

インターカレーションによるナノ空間の活用
松本 里香（東京工芸大学工学部）
E-mail: mrika@t-kougei.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) 二層～多層グラフェンへの Na インターカレーション、(2) 二層～多層グラフェンへのインターカレーション、(3) グラフェンライクグラファイト（GLG）へのインターカレーシ
ョン、などを中心に研究を行った。同時に、領域内共同研究者の 2.5 次元物質サンプルへのアルカリ金属や金属塩化物のインターカレーションを行い、提供した。黒鉛層間化合物の合成技法をさまざまな低次元物質へのインターカレーションに応用している。また、黒鉛結晶構造と層間内のインターカレート物質の状態の関係を調べるため、電気抵抗に現れる相転移温度の測定を始めた。
主な成果としては、バルク黒鉛にはインターカレーションしにくい Na も微小薄層黒鉛とみなせる多層グラフェンであれば、気相法であっても黒鉛よりもインターカレーションが進み易いことが分かった。ただし、二層グラフェンの場合は、K や Ca のインターカレーションを生じたが、Na に関しては検討中である(Fig.1(a))。これまでグラフェンへのインターカレーションの有無はラマンスペクトルで確認していが、領域
内共同研究者の協力により、STEM や spring8 の放射光を利用した XRD による評価を始めた。
GLG へのインターカレーションに関しては、黒鉛にはインターカレートしにくい Na の他、黒鉛へのイン
また、
ターカレーションが確認されていない Mg に関してもインターカレーションが確認された（Fig.1(b)）。
金属塩化物に関しても、GLG は黒鉛よりもインターカレーションが容易である兆候が得られた。ここまでの
XRD はサンプルの大気曝露後に測定していたが、2022 年度末に大気非暴露での XRD 測定環境を導入した
ので、今後はより正確な構造解析を行うことができる。

(a)

(b)

stage 1stage 1stage 1stage 1Figure 1 The products of vapor phase intercalations of bi-layer graphene (BLG) and graphene like graphite (GLG).
(a) Raman spectra of intercalated BLGs. (b) XRD patterns of intercalated GLGs.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、櫻井(A01)、末永(A03)、西堀(A03)、Lin(A03)、松尾(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y. Araki, Y.-C. Lin, R. Matsumoto, K. Suenaga, S. Okada, H. Ago et al., Twist angle-dependent molecular intercalationand sheet resistance in bilayer graphene, ACS Nano, 16, 14075 (2022).
[2] Y.-C. Lin, A. Motoyama, R. Matsumoto, H. Ago, K. Suenaga, Nano Lett., 21, 24, 10386-10391 (2021).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ ڰ‬ੑ઺ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗ৬भীෲૼ୒৫৅
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A03 分析班

二次元物質の光計測技術の開発と光科学
松田 一成（京都大学エネルギー理工学研究所）
研究協力者：篠北 啓介（同上）E-mail: matsuda@iae.kyoto-u.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) ２.５次元物質の先端光計測技術の開発、(2) 2.5 次元物質における光科学の対象であるモアレの物理の理解、(3) 2.5 次元科学のための人工ヘテロ物質の創成、などを中心に研究を行った。同時に、多くの領域内共同研究者からの要望であり、領域として重要な活動である領域内共同利用拠点（計測拠点）の一端としての役割も果たした。具体的には、非接触で二次元物質での空間反転対称性に関する情報が得られる第二高調波発生や、極低温での発光計測などの技術を提供し、領域内における研究活動の高度化を進めることができた。これらの研究成果は、現在、共同研究者で論文の準備中を含め準備いた
だいており、来年度以降に成果の公表につながるものと思われる。
主な成果としては、二次元半導体 MoSe2/WSe2 ヘテロ構造(Fig. 1(a))において発現する特異な光学的性質を支配するモアレ励起子状態やそのダイナミクスに関する知見が得られた。具体的には、発光に寄与する光学的に活性（ブライト）なモアレ励起子状態の数 meV 高エネルギー側に、光学的に不活性（ダーク）なモア
レ励起子状態が存在することを明らかにした。また、そのモアレ励起子のダイナミクスに、ダークなモアレ
励起子状態が深く関与し、発光の温度特性などを支配している事がわかるなど、系統的にモアレ励起子が関わるモアレ物理に関する理解を深めた(Fig. 1(b)-(d))。この他にも、二次元半導体と層状磁性体による人工
ヘテロ物質を創成し、磁気素励起（マグノン）と結合したモアレ荷電励起子の存在などを明らかにできた。

Figure 1 (a) Schematic of semiconducting MoSe2/WSe2 heterobilayer (upper part). Optical microscope image ofMoSe2/WSe2 heterobilayer (lower part), (b) Photoluminescence (PL) decay profiles of moiré exciton as a functionof temperature, (c) Temperature dependence of PL intensity, (d) Temperature dependence of PL spectra.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、渡邊（A01）、櫻井（A01）、毛利(A01)、蓬田(A01)、上野（A01）、北浦(A02)、宮田(A02)、町田(A02)、
坂野(A03)、柳(A03)、蒲(A04)、長汐（A05）、山本(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] H. Kim, K. Shinokita, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Matsuda et al., Dynamics of moiré exciton in a twisted
MoSe2/WSe2 heterobilayer, Adv. Opt. Mater., 2301172 (2023).
[2] K. Shinokita, K. Watanabe, T. Taniguchi, and K. Matsuda, Valley relaxation of the moiré excitons in a WSe2/MoSe2
heterobilayer, ACS Nano, 16, 16862 (2022).
[3] Y. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Maruyama, S. Okada, K. Shinokita, K. Matsuda et al., Magnon-coupledintralayer moiré trion in monolayer semiconductor–antiferromagnet heterostructures, Adv. Mater., 34, 2200301 (2022).
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A03 分析班

2.5 次元物質の放射光を⽤いた構造評価
⻄堀 英治（筑波⼤学エネルギー物質科学研究センター）
研究協⼒者︓笠井 秀隆（同上）E-mail: nishibori.eiji.ga@u.tsukuba.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) SPring-8 のアンジュレータ光源の薄膜ビームラインを利用したグラフェ
ン試料の回折実験、(2)二層グラフェンへのインターカレーションの放射光その場観察法の開発、(3) 2.5 次
元薄膜材料のマイクロビーム X 線回折、などを中心に研究を行った。研究開始の 2021 年度はマシンタイムを確保することが難しく、測定は２時間の代行測定１回しか行えなかった。加えて、SPring-8 のビームライ
ン再編のため、薄膜ビームラインの移動が 2022 年 6 月まで行われたため、実際の SPring-8 を利用してのマシンタイムは 2022 年 8 月が最初となった。この間、吾郷グループ、松本グループ、末永グループと共同
で、グラフェンインタカレーションのその場観察を実施するための装置開発を開始した。試料容器のキャピラリーから、加熱方法、真空引きの方法など複数の検討を重ね、オフラインでグラファイトのインターカレーションが可能なシステムを構築した。
複数回のビームタイムで、その場観察のセットアップの構築と測定法の確率を行い、K をインターカレー
ションのその場観察測定を実施した。試料管のキャピラリー内に同封した PGS グラファイトが金色に変色したことから、インターカレーションを行いながらの X 線実験には成功したと考えている。グラフェンからの反射に一目で見られる変化は見られなかったため、現在、詳細を解析中である。

Figure 1 Photograph of experimental setup for in-situ X-ray diffraction experiment of K intercalation of bilayer
graphene.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷（A01）、櫻井(A01)、宮田(A02)、松本(A02)、坂野（A03）末永(A03)、Lin(A03)、長汐（A05）【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y. Zheng, H. Kasai, S. Kobayashi, S. Kawaguchi, E. Nishibori, In situ observation of a mechanically induced selfsustaining reaction for synthesis of silver, Mater. Adv. 4, 1005(2023).
[2] I. Inoue, V. Tkachenko, K. J. Kapcia, V. Lipp, B. Ziaja, Y. Inubushi, T. Hara, M. Yabashi, E. Nishibori, Delayed Onset
and Directionality of X-Ray-Induced Atomic Displacements Observed on Subatomic Length Scales, Phys. Rev. Lett. 128,
223203 (2022).
[3] J. Zhang, N. Roth, K. Tolborg, S. Takahashi, L. Song, M. Bondesgaard, E. Nishibori, B. B. Iversen, Direct observationof one-dimensional disordered diffusion channel in a chain-like thermoelectric with ultralow thermal conductivity, Nat.
Commun., 12, 6709 (2021).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A03 分析班

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
末永

和知（大阪大学

産業科学研究所）

研究協力者：Qiunan Liu（同上）E-mail: Suenaga-kazu@sanken.osaka-u.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) ２.５次元物質の原子レベル構造評価として、新規一次元・二次元物質の構造解析を行った。原子レベルでの分析が各種材料に応用され、単原子感度を持つ電子分光の応用に努めた。
また各種相変態や新しい相構造の検証に広く応用された。 (2) 2.5 次元物質の光学特性測定に関する基礎的研究も順調に進捗した。とくに角度分解 EELS によるエキシトン分散関係の測定には単層グラフェンから
TMDC まで幅広い物質において検証された。領域内の研究者との共同研究も幅広く行われた。また Wien 大
学や DTU など海外大学・研究所との国際共同研究にも着手した。
主な成果としては、Lin (A03)、およびシンガポール南洋理工大学、北京大学などと共同研究を行い、全く新しいバナジウム系２次元(2D)/１次元 (1D)ハイブリッド格子構造を合成することに成功した。特殊な走査型透過電子顕微鏡を用いてその特異なハイブリッド超格子構造を解明し、この新物質が 380K の高温でも予想外の面内異方性ホール効果を示すことを明らかにした（図１)。従来の超格子は半導体超格子に代表される
ように、同次元の物質同士で形成されていました。2 次元物質（膜状）と 1 次元物質（鎖状）を組み合わせた周期的な積層構造を持つ異次元ハイブリッド超格子は実現されていなかった。
この他にも、領域内共同研究として、吾郷および松本、宮田などとの共同研究が進んでおり、一部は論文として発表できた[2]。

図１ 異方性ホール効果を示す新しい超格子構造を発見。(a) 異方性ホール効果、(b)2D-VS2/1D-VS 超格子構造の走査透過電子顕微鏡(STEM)による断面像。(c) 2D/1D ハイブリッド超格子のモデル図。
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
松本 (A02)、吾郷 (A01)、 Lin (A03)、岡田 (A01)、宮田 (A02)、西堀 (A03)、蒲（A04）、町田 (A02)など【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] J. Zhou, W. Zhang,,, Y-C. Lin, K. Suenaga, et al.,, Heterodimensional superlattice with in-plane anomalous Hall effect,
Nature 609 (2022) pp.46-51[2] Y-C. Lin, A. Motoyama, P. Solís-Fernández, R. Matsumoto, H. Ago, and K. Suenaga Coupling and Decoupling of
Bilayer Graphene Monitored by Electron Energy Loss Spectroscopy Nano Lett. 2021, 21, 24, 10386–10391

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A03 分析班

2.5 次元物質におけるバンド構造の直接観測
坂野 昌人（東京大学大学院工学系研究科）
研究協力者：増渕覚（東京大学生産技術研究所）・町田友樹（同左）・石坂香子（同上）E-mail: sakano@ap.t.u-tokyo.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1)角度分解光電子分光測定を用いて微小(~0.01 mm)な 2 次元物質を複雑に積層した 2.5 次元物質の電子状態（バンド構造）を直接観測するための試料作製方法の確立、(2) 開発した試料作製方法と顕微レーザー角度分解光電子分光装置を用いた 2-5 層 WTe2 のバンド構造観測、（3）遷移金属ダイカルコゲナイドのツイスト積層体のバンド構造観測、を中心に研究を行った。
角度分解光電子分光は、第一原理的な電子構造の計算予測が難しい複雑構造を有する 2.5 次元物質においてもバンド構造を観測できる強力な実験手法である。しかし一方で、光電子放出に伴う帯電の抑止、測定の表面敏感性、光源の顕微化といった解決すべき測定上の課題が多く存在する。本研究では町田グループと共同研究を行い、それら実験上の制約を克服して 2.5 次元物質のバンド構造を観測する手法を確立した[2]。さらに、その手法を用いて 2-5 層 WTe2 のバンド構造を観測し、積層秩序が及ぼすスピン偏極したバンド構造における層数の偶奇効果という新現象を発見し、その起源を解明することができた(Fig.1) [3]。現在までに、遷移金属ダイカルコゲナイドのツイスト積層体やヘテロ接合体、磁性元素を層間挿入させた原子層薄膜[1]な
どの多種多様な 2.5 次元物質のバンド構造の精査を行っており、2.5 次元物質に特有な電子状態を明らかにしている。

Figure 1 (a) Optical microscope image of the fabricated graphene/WTe2/graphite/h-BN heterostructure sample.
(b) Schematic of the fabricated sample. (c) Upper panels: The optical microscope images of the 2–5-layer WTe2
ﬂakes (white frames) used for ARPES. The red bars represent the 10-mm length. Lower panels: Obtained ARPES
images for 2–5-layer WTe2. The makers (•) indicate the positions of the intensity peaks at kx = 0.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、櫻井(A01)、渡邊(A01)、加藤俊(A01)、町田(A02)、松田(A03)、西堀(A03)、杉本(A03)、笹川(A04)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] B. K. Saika, S. Hamao, Y. Majima, X. Huang, H. Matsuoka, S. Yoshida, M. Kitamura, M. Sakano, T. Hatanaka, T.
Nomoto, M. Hirayama, K. Horiba, H. Kumigashira, R. Arita, Y. Iwasa, M. Nakano, and K. Ishizaka, Signature of
topological band crossing in ferromagnetic Cr1/3NbSe2 epitaxial thin film, Phys. Rev. Research, 4, L042021 (2022).
[2] S. Masubuchi*, M. Sakano*, Y. Tanaka* (* equally contributed), Y. Wakafuji, T. Yamamoto S. Okazaki, K. Watanabe,
T. Taniguchi, J. Li, H. Ejima, T. Sasagawa, T. Machida, K. Ishizaka, Dry pick-and-flip assembly of van der Waals
heterostructures for microfocus angle-resolved photoemission spectroscopy, Scientific Reports, 12, 10936 (2022).
[3] M. Sakano*, Y. Tanaka*, S. Masubuchi*(* equally contributed), S. Okazaki, T. Nomoto, A. Oshima, K. Watanabe, T.
Taniguchi, R. Arita, T. Sasagawa, T. Machida, K. Ishizaka, Odd-even layer-number effect of valence-band spin splittingin WTe2, Phys. Rev. Research, 4, 023247 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ ڰ‬ੑ઺ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗभৗ奇੟ਙ৫ิ‫ق‬੟ਙ৫ิྉ‫ك‬௭৙ ୌযৈ੨ ૓କ৕
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A04 物性開拓班

2.５次元物質の物性理論の開拓

越野 幹⼈（⼤阪⼤学⼤学院理学研究科）
研究協⼒者︓川上 拓⼈（同上）E-mail: koshino@phys.sci.osaka-u.ac.jp

一般に二次元物質が積層した系は格子が整合しない準周期系であるため、結晶周期の存在に基づく通常の理論が適用できない。この様な準周期系での物理的性質を記述する汎用性の高い理論体系を確立することは、
2.5 次元物質科学の学理の創出への大きな課題の１つである。2021～2022 年度は、モアレ物質を中心に 2.5
次元物理学の基礎理論構築に取り組んだ。主要な結果は以下の通りである。
(1) モアレ準結晶におけるトポロジー︓hBN/グラフェン/hBN を始めとする様々な二次元準周期系で電子状態を計算し、二つのモアレ模様の干渉によってフラクタル状のスペクトルが現れること、さらに、高次元の量子ホール効果と数学的な対応を通して、各エネルギーギャップが第 2 Chern 数と呼ばれるトポロジカ
ル数によって特徴づけられることを示した。この結果は３次元準結晶にも拡張可能であり、周期系とは異なる形でのトポロジカル数の概念が、準周期系に普遍的に存在することを示す。
(2) モアレフォノンの理論:モアレ物質では、電子バンドとともにフォノンバンドもモアレ模様によって大きな変調を受ける。ここではグラフェン/hBN モアレ超格子の面内音響フォノンを、連続体モデルを用いて計算した。 個々の層のフォノンは強く混成され、平坦バンドを含むモアレフォノンバンドに再構築されること、またモアレフォノンは反転対称性の破れによって角運動量を持つことを明らかにした。この結果はモアレ物
質での熱伝導などのフォノン的性質が単層とは大きく異なることを示唆する。
その他、ツイストトポロジカル絶縁体積層における界面状態、ツイスト二層グラフェンにおけるモアレ周
期乱れの効果、二次元物質黒リン、青リンのエッジ状態とコーナー状態の理論、NbSe2 のファンデルワール
ス界面における自発的スピンバレー分極（東大岩佐グループとの共同研究）等を行った。

Figure 1 Moiré pattern in hBN/graphene/hBN trilayer system (left), and its electronic spectrum plotted against therelative twist angle (right).
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】岡田(A01)、渡邊(A01)、加藤(A01)、宮田(A02)、町田(A02)、北浦(A02)、
松田(A03)、高村(A04)、若林(A04)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] L. P. A. Krisna and M. Koshino, Moiré phonons in graphene/hexagonal boron nitride moiré superlattice, Phys. Rev. B
107, 115301 (2023)[2] M. Koshino, H. Oka, Topological invariants in two-dimensional quasicrystals, Phys. Rev. Res. 4, 013028 (2022)[3] H. Oka, M. Koshino, Fractal energy gaps and topological invariants in hBN/graphene/hBN double moiré systems,
Phys. Rev. B 104, 035306 (2021).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A04 物性開拓班

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
⾼村由起⼦（北陸先端科学技術⼤学院⼤学先端科学技術研究科）

研究協⼒者︓Antoine Fleurence・⿇⽣浩平・⼤島義⽂（同上）

E-mail: yukikoyt@jaist.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) 単結晶基板上にのみ安定的に形成しうるセレン化ガリウム(GaSe) の準安定相、(2) 二ホウ化ジルコニウム（ZrB2）薄膜の窒化による六方晶窒化ホウ素単原子層大面積化のためのプラズマ源の導入、(3) 走査透過電子顕微鏡（STEM）中で二次元材料に対する電圧印加その場観察や大気非曝露試料導入を可能とする設備の整備、などを中心に研究を進めた。同時に、本学の原子分解能顕微鏡と研究協力者の尽力により共同利用拠点・分析拠点（構造解析）として領域内共同研究者の多種多様な試料の観察を行った他、希望する領域内共同研究者に、超高真空下で加熱することでその表面上に再現性良くケイ素
版グラフェンであるシリセンが形成される Si(111)基板上 ZrB2 薄膜試料の提供を行った。領域内の研究者からは、特に、多様なカルコゲナイド層状物質と最先端の剥離・転写技術について学ぶことができ、今後の研究活動の発展につなげていきたい。また、国際連携担当として、米国や欧州の二次元材料研究に強みをもつ研究機関との連携を模索し、双方の学生や若手研究者の交流に向けた取組に着手した。
具体的な成果としては、通電や電圧印加その場観察を原子分解能で行うため、また、大気曝露に弱い試料を非曝露で STEM に導入するために、新たに超高分解能ポールピースに挿入可能な二軸四端子大気非曝露
TEM 試料ホルダ（Fig.1a）の開発を株式会社メルビルに依頼し、その完成品と 200μm のシリコンチップに転写したカルコゲナイド層状物質を用いて、本学で原子分解能観察を達成した。Ar 雰囲気下でこのホルダに試料の取り付けを可能にするグローブボックス等の整備も完了した（Fig.1b,c）。現在、独自にシリコンチップの開発を進めている。他にも、センチメートルスケールの ZrB2 薄膜上シリセン/六方晶窒化ホウ素試料を作製するために薄膜成長装置に新たにプラズマ源を導入するなど装置整備が進んだ。また、物性面では、単結晶基板上でのみ安定化・形成可能な二次元材料のセレン化ガリウム(GaSe)の準安定相「反三角柱構造 GaSe」（Fig.1d）の光学的性質を共同利用拠点・分析拠点（光）等において計測し、紫外光域で従来相との違いが顕著に現れることを第一原理計算結果と合わせて明らかにした。この物質系では、第一原理計算でディラッ
ク・コーン様電子状態が予測されるゲルマニウム単結晶基板上 GaSe ハニカム格子の角度分解光電子分光による電子状態測定結果の解析も進み、GaSe 由来の分散の同定に成功した。この研究を主導した博士後期課
程学生は 2022 年 3 月修了時に優秀修了者として表彰された。その他には、国際共同研究により、新たに正方格子の IV 族単元素二次元材料が安定に存在することが計算から明らかとなり、物性の理解も進んだ[1]。

Figure 1 (a) Newly-developed double-tilt 4-electrodes air exposure preventing TEM sample holder for UHR polepiece from Mel-Build Corporation, (b) Glove box for setting TEM samples under Ar atmosphere and low humidity,(c) Pass box with the TEM sample holder inside, and (d) GaSe monolayer with conventional trigonal prismatic
structure (left) and newly- discovered, metastable trigonal anti-prismatic structure (right).
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
渡邊(A01)、宮田(A02)、町田(A02)、松田(A03)、杉本(A03)、長汐(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] C.-E. Hsu, Y.-T. Lee, C.-C. Wang, C.-Y. Lin, Y. Yamada-Takamura, T. Ozaki, and C.-C. Lee, Atomically thin metallic
Si and Ge allotropes with high Fermi velocities, Physical Review B, 107, 115410 (2023).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A04 物性開拓班

新奇物性を示す 2.5 次元物質の開拓
笹川 崇男（東京工業大学科学技術創成研究院フロンティア材料研究所）
E-mail: sasagawa@msl.titech.ac.jp

2.5 次元構造体の素材となる van der Waals (vdW)層状物質について、様々な化合物を高品質な単結晶試料として開発することに取り組んだ。例えば、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDs)では、図１(a)の周期表
中に緑色で示した 33 種類の元素組成 MX2 の組合せについて、図１(b)に代表されるような単結晶試料を準備できる体制を整えて、領域内での共同研究も推進した。一括りに TMDs と呼称されるものの、図１(c)に示すような遷移金属－カルコゲン原子の配位様式や結晶対称性の多様性があり、それらも反映しながら、絶縁体/半導体、金属/半金属、誘電性、磁性、電荷密度波、超伝導、トポロジカル性などの様々な電子物性を示す。
我々が特に注力したのは、先行研究が乏しかった 2M 構造の WS2 や 3M 構造の NbTe2 などを対象とした良質な単結晶試料の開発と物性の開拓である。いずれも超伝導を示すが、面内も含めた３軸に異方的な物性を実験的に解明することに成功した。一方で、領域内共同研究では、作製困難な数層 TMD の実験を下支えるべく、育成法を確立した vdW 単結晶試料の大量供給に努めた。これにより例えば、トポロジカル半金属として知られる WTe2 を対象にして、自然には存在しない vdW 積層様式をもつ 2.5 次元物質を創製し、その電子構造も解明することに成功した[1,2]。

Figure 1 Catalogue of single crystals grown in Sasagawa group. (a) Available compositional combinations(indicated in green in the periodic table) for transition metal dichalcogenides (TMDs) with van der Waals (vdW)
stacking structures. (b) Examples of grown single crystals. (c) Various crystal structures of vdW-TMDs.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
渡邊(A01)、町田(A02)、坂野(A03)、松田(A03)、加藤(A01)、杉本(A03)、塩見(A04)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] M. Sakano, K. Watanabe, T. Sasagawa, T. Machida et al., Odd-even Layer-number Effect of Valence-band Spin
Splitting in WTe2, Phys. Rev. Research 4, 023247 (2022).
[2] S. Masubuchi, M. Sakano, K. Watanabe, T. Sasagawa, T. Machida et al., Dry Pick-and-flip Assembly of van der Waals
Heterostructures for Microfocus Angle-resolved Photoemission Spectroscopy, Scientific Reports 12, 10936 (2022).
[3] Y. Zhang, K. Watanabe, T. Sasagawa, and T. Machida et al., Switchable Out-of-plane Shift Current in FerroelectricTwo-dimensional Material CuInP2S6, Appl. Phys. Lett. 120, 013103 (2022).
[4] Y.M. Itahashi, T. Sasagawa et al., Giant Second Harmonic Transport under Time-reversal Symmetry in a Trigonal
Superconductor, Nature Commun. 13, 1659 (2022).
[5] K. Takeyama, K. Watanabe, T. Sasagawa, T. Machida et al., Resonant Tunneling Due to van der Waals Quantum-Well
States of Few-Layer WSe2 in WSe2/h-BN/p+-MoS2 Junction, Nano Lett. 21, 3929 (2021).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A04 物性開拓班

2.5 次元物質の自在構造制御による物性開拓
蒲 江（東京工業大学 理学院物理学系）
研究協力者：竹延大志（名古屋大学

工学研究科）

E-mail: pu@phys.titech.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) 面内ヘテロ構造を用いた光デバイス作製と評価、(2) 歪みを用いた２.５次元構造の作製と制御、（3）化学成長した２.５次元物質の熱電及び電気伝導特性評価、などを中心に研究を行った。特に、多くの領域内共同研究者から試料提供を受け、低温電気/磁気伝導や発光実験を通して共同研究を行った。また、領域内研究者による理論計算や高度な測定技術の協力を得て研究活動の高度化も進めた。
主な成果としては、多様な TMDC 面内ヘテロ構造において、発光デバイスの作製と電流励起発光の観測と機能開拓を達成した（Fig. 1）。例えば、急峻な接合界面を有する WS2/WSe2 面内ヘテロ構造では、界面の歪み効果に起因した室温円偏光発光が生成可能であることを見出した（Fig. 1a）[2]。また、組成を連続的に変化させた面内ヘテロ構造においては、発光位置を系統的に制御することで、広範囲に発光色を連続・可逆的に制御可能なデバイス機能を実現した（Fig. 1b）[1]。さらに、面内ヘテロ構造に加えて、面直ヘテロ構造を用いた発光デバイスの作製にも成功した。同時に、面直ヘテロ構造への歪み効果の導入と、それによるモア
レパターンの変調も可能となり、モアレの構造制御による光デバイスの創製が今後期待できる。
この他にも、領域メンバーの協力を得て、大面積グラフェン/BN ヘテロ構造における巨大な熱電変換特性の実現や、TMDC 発光デバイスへのプラズモン効果の導入と発光特性評価にも取り組んだ。

Figure 1 Monolayer in-plane heterostructure light-emitting devices. (a) Schematic, EL image, and EL spectrum
obtained from WS2/WSe2 steep heterojunction interfaces. (b) Continuous color-tunable light-emitting devices basedon compositionally graded interfaces of WS2/WSe2 alloys.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、吾郷(A01)、宮田(A02)、北浦(A02)、松田(A03)、末永(A03)、柳(A03)、Lin(A03)、越野(A04)、上野(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] J. Pu, H. Ou, T. Yamada, N. Wada, H. Naito, H. Ogura, T. Endo, Z. Liu, T. Irisawa, K. Yanagi, Y. Nakanishi, Y. Gao,
M. Maruyama, S. Okada, K. Shinokita, K. Matsuda, Y. Miyata, T. Takenobu, Continuous color-tunable light-emitting
devices based on compositionally graded monolayer transition metal dichalcogenide alloys, Adv. Mater., 34, 2203250(2022)[2] N. Wada, J. Pu, Y. Takaguchi, W. Zhang, Z. Liu, T. Endo, T. Irisawa, K. Matsuda, Y. Miyauchi, T. Takenobu, Y. Miyata,
Efficient and chiral electroluminescence from in-plane heterostructure of transition metal dichalcogenide monolayers,
Adv. Funct. Mater., 32, 2203602 (2022)[3] H. Ou, T. Yamada, M. Mitamura, Y. Edagawa, T. D. Matsuda, K. Yanagi, C.-H. Chen, L.-J. Li, T. Takenobu, J. Pu,
Electric-field-induced metal-insulator transition and quantum transport in large-area polycrystalline MoS2 monolayers,
Phys. Rev. Mater., 6, 064005 (2022)51

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ ڰ‬ੑ઺ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗ৬भ
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A05 機能創出班

プラズモン／2 次元積層ナノ構造を用いた化学センサー・光エネルギー変換
上野 貢生（北海道大学大学院理学研究院）
研究協力者：龍﨑 奏、今枝佳祐
E-mail: ueno@sci.hokudai.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) Au／WSe2 ナノ構造の発光増強特性（宮田 G・長汐 G 共同研究）、(2) グ
ラフェン・ピラー化カーボンナノ構造を用いた化学センサー（吾郷 G・松尾 G 共同研究）、(3) TMDC ヘテロ
ナノ構造を用いたプラズモン誘起エネルギー変換（宮田 G・蒲 G・長汐共同研究）、などを中心に研究を行った。研究開始当初は、宮田 G や吾郷 G に TMDC やグラフェンの作製依頼を行っていたが、複数の研究室を訪問して CVD 合成方法や積層技術を習得し、現在では北海道大学の研究室で TMDC やそのヘテロ構造の作製を行っている。現在でも領域会議だけではなく活発に意見交換等を行って共同研究を進めている。
主な成果としては、CVD 合成した TMDC 上にナノギャップ金 2 量体構造を作製し、プラズモンによる発光や SHG の増強を観測した。これにより、プラズモンと励起子とのカップリングに関する新しい知見を得ることができた（Fig. 1(a), (b)）
。また、2 層 WSe2 構造を用いて TMDC 積層構造における層間呼吸振動モードを超高速分光により明らかにした（Fig. 1(c)）。さらに、MoS2/WSe2 ヘテロナノ構造を使用して、発光ス
ペクトルを通じて電荷移動準位を明らかにした（Fig. 1(d)）。また、ヘテロナノ構造上に金ナノ構造を作製して（Fig. 1(e)）
、プラズモン増強により MoS2 と WSe2 の発光増強をデモンストレーションした。電荷移動準位のプラズモン増強（EL 発光デバイス）については、令和 5 年度に明らかにする予定である（Fig. 1(f)）。

Figure 1 (a) SEM image of Au/Al2O3/WSe2 nanostructures. (c) PL enhancement of Au/Al2O3/WSe2 nanostructures.
(c) Coherent optical phonon signals of interlayer breathing mode of bilayer WSe2. (d) PL spectra of MoS2/WSe2
heterostructure, WSe2 and MoS2. (e) A schematic illustration of plasmon-enhanced light energy conversion devices
using Au nanostructured TMDC heterostructure. (f) Energy diagram of plasmon-enhanced electroluminescencedevice using TMDC heterostructure.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷 (A01)、宮田(A02)、蒲(A04)、長汐(A05)、松尾(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] H. Ago, S. Okada, Y. Miyata, K. Matsuda, M. Koshino, K. Ueno, K. Nagashio, Science of 2.5 dimensional materials:
paradigm shift of materials science toward future social innovation, Sci. Tech. Adv. Mater., 23, 275 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A05 機能創出班

二次元層状物質の電子デバイス応用
長汐晃輔（東京大学 マテリアル工学専攻）

研究協力者：西村知紀・金橋魁利（同上）E-mail: nagashio@material.t.u-tokyo.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) ２次元層状チャネル FET のトップゲート絶縁膜における酸化膜換算膜厚(EOT)1.1 nm の達成、(2) 遠赤外領域と言われていた PdSe2 のバンドギャップが 0.5 eV であることの実証、(3) パワーデバイスを目指した C dope された h-BN への電流注入、などを中心に研究を行った。同時に、多くの領域内共同研究者との共同研究も進めた。
主な成果としては、トップゲート絶縁膜における EOT = 1.1 nm の達成である。原子層材料は短チャネル
効果に強いことから、次世代 CMOS チャネルとして注目されているが、原子層堆積法やスパッタリングを用いて成膜できる酸化膜(Al2O3, HfO2 等)は高い誘電率を有するが、成膜時の原子層材料への欠陥導入だけでなく、原子層材料上での誘電率低下は依然として課題である。今回、加熱セル領域とメインチャンバー間に φ＝5 mm のアパチャーを導入し独立排気することで，希土類金属用セルは高真空に保ち，メインチャンバーの酸素分圧を独立して制御可能な蒸着チャンバーを構築した。本手法により原子層材料上への高誘電率絶縁膜 Er2O3 の形成を試み、急峻な ID-VTG 特性を得た(d)。また、トップゲートとバックゲート容量比から，TG= 18, EOT = 1.1 nm を達成した。サブスレッショルド特性は MOS-FET の理論値である 60 mV/dec に近く(e)、MoS2 への欠陥導入を抑えた絶縁膜堆積であることを示している(c)。本手法は、表面清浄な 2 次元材
料上の絶縁膜の形成に有効であり、さらなる EOT 低減が可能である。
(a)

(c)

Er2O3

VBG=20 V

Au

Au
Bi/Au

(d)

(e)

Bi/Au
SiO2

Back gate (n+-Si)

(b)

Er2O3

0V

VBG=0 V

1L-MoS2

20 V
1L-MoS2

5 mm

SiO2

1 nm

Figure 1 (a,b) Top-gated monolayer MoS2 FET using a thermally-evaporated Er2O3 as the gate dielectric. (c) Crosssectional TEM image of the top gate stack. (d) Bidirectional transfer characteristics at constant VD = 2 V, various
VBG=0-20 V. Inset: VTG at ID=10-6 μA/μm as a function of VBG. The slope of the linear fit yields the ratio of the top
and bottom oxide capacitance, thus the extraction of CTG was achieved. (e) Subthreshold swing as a function of ID
at different VBG.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、宮田(A02)、荒井(A02)、上野啓(A02)、松田(A03)、西堀(A03)、若林(A04)、上野貢(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] H. Uchiyama, K. Maruyama, E. Chen, T. Nishimura, K. Nagashio, "A monolayer MoS2 FET with an EOT of 1.1 nm
achieved by the direct formation of a high-κ Er2O3 insulator through thermal evaporation", Small, 19, 2207394 (2023).
[2] S. Ngamprapawat, T. Nishimura, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Nagashio, "Current injection into single-crystalline
carbon-doped h-BN toward electronic and optoelectronic applications", ACS Appl. Mater. Interfaces., 14, 25731 (2022).
[3] W. Nishiyama, T. Nishimura, K. Ueno, T. Taniguchi, K. Watanabe, and K. Nagashio, "Quantitative determination ofcontradictory band gap values of bulk PdSe2 from electrical transport properties", Adv. Funct. Mater., 32, 2108061 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A05 機能創出班

ナノスケールの積層構造に基く超⾼密度ニューラルネットワークの創出
⼤野 雄⾼（名古屋⼤学未来材料・システム研究所）
研究協⼒者︓内⼭ 晴貴
E-mail: yohno@nagoya-u.jp

カーボンナノチューブと分子の作るナノスケールの積層構造の形成とそれを用いた超高密度ニューラルネ
ットワークの創出を目指し、2021～2022 年度にかけて、(1) リザバーコンピューティング実験系の構築、(2) ヒステリシスをもつカーボンナノチューブ薄膜トランジスタを用いたリザバーの構築と動作実証、(3)カーボンナノチューブ電気化学センサにおけるリザバー動作の実証と高次元化、(4) スマネンとカーボンナ
ノチューブの相互作用の解析（A01 班との共同研究）などを中心に研究を行った。
主な成果としては、カーボンナノチューブ薄膜を用いた電気化学センサにおいて、リザバーコンピューテ
ィングが可能であることを実証し、特に糖尿病患者の血糖値の変化の予測を実証した。ここでは、４つのカーボンナノチューブ電極を用い、それぞれの表面を異なる条件で電気化学的に修飾し、電気化学的特性に変化をもたせることによってリザバーの次元性が向上している。さらに、酸化・還元に関わる拡散電流に加えて、電気二重層の充放電電流を用いることによって、さらにリザバーの次元性の向上が可能であることを明らかにした。これらによって、リザバー計算による予測性能が向上することを確認した。
また、超高密度ナノ積層ニューラルネットワークを実現する分子として注目しているスマネンについて、
カーボンナノチューブ薄膜トランジスタを用いて、スマネンとカーボンナノチューブの相互作用を調べた。
特に、フッ素化スマネンではフッ素の数によってカーボンナノチューブへのドーピングの極性や強度が変化することを見出し、領域内メンバーの理論的サポートを得て理解を進めた。
(a)

(b)

(c)

Glucose level (mg/dl)

600

Glucose level prediction Training Test
Prediction

400

200
Target00200

RMSE = 47.0 mg/dl

400

600

800

Time step

Figure 1 Reservoir computing based on carbon nanotube electrochemical sensors. (a) Schematic and photograph ofcarbon nanotube electrochemical sensor fabricated on plastic film. (b) Schematic of reservoir computing system
based on carbon nanotube electrochemical sensor array. (c) Result of blood glucose level prediction task.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、櫻井(A01)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y. Sun, P. Li, E. I. Kauppinen, D.-M. Sun, and Y. Ohno, “Key factors for ultra-high on/off ratio thin-film transistors
using as-grown carbon nanotube networks”, RSC Advances 12, 16291 (2022).
[2] F. W. Tan, J. Hirotani, and Y. Ohno, “PMMA/Al2O3 bilayer passivation for suppression of hysteresis in chemically
doped carbon nanotube thin-film transistors”, Jpn. J. Appl. Phys. 61, 034002 (2022).
[3] H. Oshima, K. Iwase, and Y. Ohno, “In situ monitoring of the electrical property of carbon nanotube thin film infloating catalyst chemical vapor deposition”, Jpn. J. Appl. Phys. 61, 038002 (2022).
[4] M. Matsunaga, J. Hirotani, and Y. Ohno, “In-plane dual-electrode triboelectric nanogenerator based on differential
surface functionalization”, Appl. Phys. Exp. 15, 027006 (2022).

55

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

３. 計画班 研究成果

A05 機能創出班

２.５次元材料の蓄電デバイスへの応用
松尾 吉晃（兵庫県立大学大学院工学研究科）
研究協力者：稲本 純一（同上）E-mail: ymatsuo@eng.u-hyogo.ac.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) ２.５次元物質の合成、(2) ２.５次元物質の各種蓄電池活物質としての応用などを中心に研究を行った。同時に領域内共同研究者に、酸素を含み 1-5 nm 程度のナノ孔を有するグラフェン層が積層した構造のグラフェンライクグラファイト（GLG：Fig.1(a)）やグラフェンをシルセスキオ
キサンで接続した構造のピラー化炭素の提供を行った。
主な成果としては、Fig.1(b)に示す可撓性を有し、粉末試料と同様のイオン貯蔵挙動を示す GLG のシートを作製できるようになり[1]、これを用い電気化学インピーダンス法を適用することで、電極電解液界面におけるイオン移動や電極内でのイオンの拡散挙動を評価することができるようになったことが挙げられる。
構造パラメータの異なる GLG シートに対する結果から GLG 層間におけるリチウムイオンの拡散係数を見積もったところ、Fig.1(c)に示すように黒鉛のものよりも 2～3 桁大きいことが分かった。またナノ孔量の多い GLG（GLG900）でより拡散係数が大きかったことから、リチウムイオンは層間で 2 次元的に拡散するだ
けでなくナノ孔を介して 3 次元的にも移動できるものと考えられ、これが GLG をリチウムイオン電池負極として用いた場合に急速充放電が可能な要因であることを明らかにできた[2]。
この他にも、領域メンバーの協力を得て、Na、Mg など黒鉛には挿入されない、もしくはされにくい化学
種が GLG の層間には挿入できること、またアニオンの挿入脱離も容易であること[3]などを見出している。

Figure 1 Synthesis of GLG sheet and elucidation of ion diffusion behaviors of it. (a) Structure model of GLG. (b)Photograph of GLG sheet. (c) Diffusion coefficient of graphite and GLGs at 0.05, 0.1, 0.2, and 0.5 V vs Li+/Li.
Here, GLG900-L is prepared from GO synthesized at 0 °C and then heat treated at 900 °C. (d) Schematic illustrationof the diffusion of lithium ions through nanopores in GLG.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
荒井(A02)、松本(A02)、吾郷(A01)、上野(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] J. Inamoto, S. Komiyama, and Y. Matsuo, “Synthesis of a flexible self-standing graphene-like graphite thin film andits application to an anode material for a thin-film all-solid-state lithium-ion battery,” Carbon Reports, 1, 142-146 (2022).
[2] J. Inamoto, S. Komiyama, S. Uchida, A. Inoo, and Y. Matsuo, “Insight into the Origin of the Rapid Charging Abilityof Graphene-Like Graphite as a Lithium-Ion Battery Anode Material Using Electrochemical Impedance Spectroscopy,”
J. Phys. Chem. C, 126, 16100-16108 (2022).
[3] Y. Matsuo, K. Sekito, Y. Ashida, J. Inamoto, and N. Tamura, “Factors Affecting the Electrochemical Behaviors ofGraphene-Like Graphite as a Positive Electrode of a Dual-Ion Battery,” ChemSusChem, 16, e202001127 (2023).

56

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告.

57‫ਁ ڱ‬൳ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗ৬भञीभ੟ସ൉ଲ
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58

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

第一原理計算とデータ科学手法による 2.5 次元材料の合目的的探索加藤 幸一郎（九州大学大学院工学研究院）
E-mail: kato.koichiro.957@m.kyushu-u.ac.jp

本研究では、多様な積層パターンを有する積層型の 2.5 次元材料に対して、第一原理計算とデータ科学手法を用いることで、所望の物性を有する積層パターンの合目的的な探索や電子状態を左右する因子の探索を進めている。2022 年度において、グラフェン、六方晶窒化ホウ素（hBN）、および 4 つの遷移金属ダイカル
コゲナイド（TMD：WS2、MoS2、WSe2、MoSe2）の計 6 つの原子層材料を対象に、電子状態に着目した
積層パターンの探索を行った。具体的には、2 層の同種・異種積層型の 2.5 次元材料に対して、1 層目と 2層目の積層位置のずらしまでを考慮した多様な積層パターンに対する第一原理計算を実施し、ベイズ最適化
による積層パターン探索の有効性を検証した。その際、グラフェンを含む 2 層系においてはバンドギャップ
はほとんど開かず、hBN を含む 2 層系では大きなバンドギャップが開く傾向が分かった。そのため、材料種やずらしによって非自明なバンドギャップの変化を示す 4 種の遷移金属ダイカルコゲナイドからなる 2 層系を対象にベイズ最適化を適用した。ランダム探索とベイズ最適化によって、最大もしくは最小のバンドギャップを持つ積層パターンに到達するまでの探索回数を比較したところ、ベイズ最適化の方が 2～3 倍ほど早く最適パターンに到達することが可能であることが分かった。また、2022 年度において約 500 構造の第一原理データを得たため、これらを皮切りにデータベース構築にも着手した。さらに、より高度な物性（トポ
ロジカル物性など）を目的変数にしたベイズ最適化に向けたスクリプト等の拡張にも着手している。
また、積層位置をずらすことによって得られたデータを用いることで、モアレ物理に関する 2.5 次元材料探索も可能であると考えられ、越野グループ（A04 班）との共同研究も開始した。

Figure 1 CVD synthesis of multilayer hBN and the integration with CVD-grown monolayer graphene. (a,b)
Photograph and optical images of large-area, multilayer hBN. (c) Device arrays of graphene/hBN and graphene
channels. (d) Comparison of the carrier mobility of different types of graphene devices.
【2022 年度の領域内共同研究者】
越野(A04)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] Choi Beomgyu, Tsuyohiko Fujigaya, Koichiro Kato, Search for optimal hetero bilayer structure in 2.5D materials
using first-principles calculations and Bayesian optimization, The 64th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General
Symposium, March 2023.

59

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

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加藤 俊顕（東北大学 大学院工学研究科）
E-mail: kato12@tohoku.ac.jp

一般的に同種のカルコゲン原子が上下面に配置された構造をとる遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）であるが、近年上下異なるカルコゲン原子から構成されるヤヌス TMD の存在が実証され大きな注目を集めている。ヤヌス TMD は通常の TMD とは異なり、面直方向にダイポールを持つため、新物性の発現が期待されている新機能性原子層材料である(Fig. 1(a))。2022 年度から公募班として参画した本領域研究では、主にこのヤヌス TMD を研究対象とし、高品質ヤヌス TMD の創製に重要である(1)その場観測プラズマ原子置換装置の開発、および同装置を活用した(2)ヤヌス化反応機構の解明などを中心に行った。同時に、多くの領域
内共同研究者にヤヌス TMD の提供を行って、積極的な領域内共同研究の促進を行った。
主な成果としては、水素プラズマ照射中におけるヤヌス化反応過程を蛍光(PL)およびラマンスペクトルの
空間マッピング計測により、リアルタイムでその場観測可能な手法を開発した。さらに、同装置に四重極質量分析器（Q-mass）を設置することで、ヤヌス化反応中気相内活性種の直接計測を可能とした。このその場
観測プラズマ原子置換装置を用いて、ヤヌス化反応過程における蛍光(PL)マッピングのリアルタイム計測を行った結果、ヤヌス化反応が(i) 初期 TMD(WSe2)PL 強度の急激な減衰, (ii)PL ピーク位置のブルーシフト、(iii)ヤヌス TMD(WSeS)の PL 強度増加という 3 つの特徴的な時間領域に分かれて進行することを明らかとした(Fig. 1(b))。さらに、気相内活性種計測から、硫黄と水素が反応した SH 系活性種が支配的な場合に良好なヤ
ヌス TMD が生成されるのに対し、硫黄と酸素が反応した
SO 系活性種が一定以上混入すると、ヤヌス TMD に欠陥が導入される可能性がある
ことを見出した。これらの知見は、高品質ヤヌス TMD の創製に向けて重要な情報である。また、本手法で合成しFigure 1 Fabrication of Janus TMD. (a) Typical structure of (top) normal TMD(WSe2) and (bottom) Janus TMD (WSeS). (b) Time profile of PL spectra during
Janus TMD (WSeS) formation obtained with in-situ monitoring plasmafunctionalization.

た高品質ヤヌス TMD の提供を通じた領域内共同研究により、ヤヌス TMD と通常 TMD の二層積層構造におけるモアレポテンシャル制御手法の開発、ヤヌス TMD を連続的に巻き込んだ構造のヤヌススクロールの創製、ヤヌス TMD の触媒活性計
測、TMD ナノチューブのヤヌス化によるヤヌス TMD ナノチューブの創製、角度分解高電子分光を用いたヤ
ヌス TMD の電子状態直接計測など数多くの共同研究開始に至った。
【2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、蓬田(A01)、上野(A02)、宮田(A02)、高橋(A03)、坂野(A03)、笹川(A04)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] T. Kato, T. Kitada, M. Seo, W. Okita, N. Sato, M. Shinozaki, T. Abe, T. Kumasaka, T. Aizawa, Y. Muto, T. Kaneko, T.
Otsuka, Scalable fabrication of graphene nanoribbon quantum dot devices with stable orbital-level spacing, Commun.
Mater., 3, 103(2022).
[2] X. He, Y. Iwamoto, T. Kaneko, T. Kato, Fabrication of near-invisible solar cell with monolayer WS2, Sci. Rep., 12,11315 (2022).

60

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

⾼抵抗基板上における 14 族 2.5 次元物質の薄膜合成
⿊澤 昌志（名古屋⼤学⼤学院⼯学研究科）
E-mail: kurosawa@nagoya-u.jp

14 族 2.5 次元物質（グラフェンの炭素原子をシリコン、ゲルマニウム、スズに置換した二次元物質︓シリ
セン、ゲルマネン、スタネン）は、超高真空中で導電性基板上でのみ、その合成に成功しており、理論的に予測されている卓越した物性を応用するには至っていない。この課題解決に向けて、今回の公募研究ではゲルマネンの物性計測やデバイス応用に資する構造（大気・熱安定性に優れる薄膜を絶縁膜上に合成すること）
を早期に実現するとともに、熱電物性を世界に先駆け解明しその応用可能性を議論することを目指している。
公募班として参画した 2022 年度は、電気抵抗率が高く絶縁体と見なすこともできる floating zone 法で形成したシリコン(FZ-Si)基板の上に、CaGe2 層状物質（ゲルマネンの前々駆体）の薄膜を直接合成することに取り組んだ。具体的には、(1)固相拡散法（FZ-Si 基板上に Ge 層をエピタキシャル成長後、Ca 層を室温堆積させた後に熱処理を行う方法）および(2)同時蒸着法（FZ-Si 基板上に Ca と Ge を同時に蒸着する方法）
により CaGe2 薄膜を作製し、結晶サイズ・結晶性等の比較を行った。固相拡散法では結晶粒の直径が 50 nm
Φ程度と非常に小さかったが、同時蒸着法では 300 nmΦ程度と大きく結晶粒表面に平坦な部分がみられた。
同時蒸着法で形成した薄膜から得られた X 線回折ピークの方が鋭い（すなわち、高品位な薄膜が得られる）ことも判明した。
同時蒸着法で形成した CaGe2 薄膜の表面形状を観察した例を Fig.1(a)に示す。基板温度を 800℃に上昇
すれば 1000 nmΦ程度の結晶サイズを得ることも可能である。また、X 線回折法を用い、層状構造の積層配列（ポリタイプ）を評価したところ、準安定な 2H 構造が得られることも判明した（Fig. 1(b)）
。これまでの先行研究（Ge(111)基板上への薄膜成長）では、最安定な 6R 構造が得られることが報告されている。つまり、本研究において新たな積層配列を得ることに成功したと言える。今後、領域メンバーの協力を得ながらこの理由を解明していきたい。この他にも、同時蒸着法で形成した CaGe2 薄膜を–40 °C の塩酸に浸漬することで、水素修飾ゲルマネン（ゲルマネンの前駆体）の薄膜合成にも成功した[1]。

Figure 1 (a) Atomic force image of CaGe2 films on FZ-Si(111) substrates grown by molecular beam epitaxy at
800 °C. (b) X-ray diffraction φ-scan of the 2H 104 and the 6R 107 obtained from the CaGe2 films grown at different
deposition temperatures (Tdepo = 400–800 °C).
【2022 年度の領域内共同研究者】
長汐(A05)、杉本(A03)、石井(A05)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] K. Okada, S. Shibayama, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and M. Kurosawa, Heteroepitaxial growth of CaGe2 films on
high-resistivity Si(111) substrates and its application for germanane synthesizing, Materials Science in Semiconductor
Processing, 161, 107462 (2023).

61

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

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
⽥代 省平（東京⼤学⼤学院理学系研究科）
E-mail: tashiro@chem.s.u-tokyo.ac.jp

本研究では、層間ナノ空間における分子・イオンの配列構造を精密に設計・制御することにより新規な構
造・物性を開拓することを目指しており、そのための戦略として、分子認識場をあらかじめ有する環状中空
分子をビルディングブロックとして集積構造を構築し、層間にて同種・異種ゲスト分子を積極的に配列化できる構造プラットフォームの構築を進めている（Figure 1a）。2022 年度の研究では、これまで我々が開発を進めてきた環状錯体集積型多孔性結晶 Metal-macrocycle framework (MMF)（Acc. Chem. Res. 2020,
53, 632）を二次元分子配列場として活用することを目的として、領域内共同研究を介して剥離条件の検討や細孔内へのクラスター導入などの実験を進めたところ、MMF 結晶を剥離できる良好な条件が共同研究者によって見出された。得られた剥離 MMF 薄膜を用いたさまざまな応用について現在検討を進めている。また、MMF 結晶は細孔内に異種複数の分子認識サイトを備えており、これまでにさまざまな有機分子や天然有機化
合物、有機金属化合物が位置選択的に吸着することが明らかになっているので、剥離 MMF と他の二次元材
料を複合化することにより、両者の特性を相乗的に活用したさらなる機能化を図る（Figure 1b）。
この他にも、独自に開発した環状中空分子を配位子として用いて MOF を合成することにより、ナノメート
ルサイズの凸凹を持つ二次元層が積層した 2D MOF 構造が得られることを明らかにした（Figure 1c）。この構造では、凸凹層がずれながら積層しており、層間に複数種のナノキャビティーを有する。この特異な構造特性を活用して、凸凹層間においてさまざまなゲスト分子を精密に配列することにより、新たな機能・物性の創出を目指して研究を進めている。

Figure 1 (a) Schematic of the basic concept of this work. (b) Structure of a porous crystal, metal-macrocycle
framework, and its application for 2.5-dimensional materials. (c) Structure of a 2D-MOF with bumpy interlayer
nanospaces.
【2022 年度の領域内共同研究者】
櫻井(A01)、友利(A04)【2022 年度の代表的な研究成果】
62

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

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
久木 一朗（大阪大学大学院基礎工学研究科）
E-mail: i.hisaki.es@osaka-u.ac.jp

電子物性を自在に設計できるパイ共役系有機分子を水素結合によって 2 次元状にネットワーク化した有機結晶の複合化による 2.5 次元物質の創成に取り組んでいる。2022 年度はピレンのテトラカルボン酸 CP-Pyとその水素化された類縁体 CP-Hp を用いた水素結合性２次元固溶体フレームワークの構築について研究を行った。複数の成分が不定比で混ざり合いネットワーク化した多孔性フレームワーク結晶は、機能の段階的な調整や機能創発の観点から注目されている。一般に、有機分子のみを用いて任意の組成をもつ不定比共結晶を構築することは困難であるため、カルボン酸の高指向性の水素結合２量化を利用して任意の割合で CpPy と Cp-Hp を混合させた２次元フレームワークの積層体の構築を行った (図 1)。共結晶化により得られた単結晶を CP-HpPy-1(x, y)(0 < x < 1, 0 < y < 1) と表記する。X と y はそれぞれ、CP-Hp の初期溶液中のモル分率および得られた単結晶中の占有率を表す。CP-HpPy-1(x, y) において、分子がカルボキシ基の相補的な水素結合によって菱形の空孔をもつ 2 次元シートを形成し、このシートが積層することで 3次元構造を構築していた。様々な仕込み比で得られた単結晶をディスオーダー解析し 2 成分の構成比を結晶学的に明らかにしたところ、初期溶液の混合比と単結晶中の構成比はよく相関することがわかった。水素結合部位をもたないピレンとヘキサヒドロピレンを混合し結晶化しても、それぞれが別々に単成分の結晶を与えることから、不定比共結晶の形成における分子間水素結合の重要性が示唆された。単結晶中における各成分の分布を明らかにするために、顕微ラマン分光測定を行ったところ、ラマンスペクトルは測定する位置によって異なる形状を示すことが明らかになった。これらの結果は、単結晶中の各成分が不均一に分布していることを示唆している。以上のように、ヘキサヒドロピレン誘導体 (CP-Hp) とピレン誘導体 (CP-Py) を用いて、明確な不定比共結晶 HOF (CP-HpPy-1) の構築を達成した。2 つの成分は任意の割合で 1 つの単結晶中に混ざり合うが、結晶中で不均一に分布していることが示された[1]。

Figure 1. Non-stoichiometric co-crystalline frameworks formed through 2D hydrogen-bonded networking of CPPy and CP-Hp. (a) Molecular structure of the components. (b) Crystal structure of the co-crystalline framework,where yellow-colored parts denote disordered moieties of CP-Py and CP-Hp. (c) Composition in single-crystals of
CP-HpPy-1(x,y), where x and y denote the molar fraction and occupancy of CP-Hp in the initial solution and theresultant single crystal, respectively.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
櫻井(A01)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] T. Hashimoto, R. Oketani, M. Nobuoka, S. Seki, I. Hisaki, Single Crystalline, Non-stoichiometric Cocrystals of
Hydrogen-Bonded Organic Frameworks, Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202215836 (2023).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

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
毛利 真一郎（立命館大学 理工学部）
研究協力者：Abdul Kuddus
E-mail: iguchan@fc.ritsumei.ac.jp

本研究では、グラフェンや MoS2 などの原子層材料の積層によって形成される原子層モアレ超格子系の物
性を、結晶成長や分子吸着などの手法で局所的に制御する手法の開拓を目指している。2022 年度は、 (1)架橋ツイスト 2 層グラフェンの金属蒸着・結晶成長による物性制御、(2) 架橋ツイスト 2 層 h-BN へのグラ
フェンナノ構造成長を中心に研究を行った。
架橋ツイスト 2 層グラフェンについて、金属蒸着によるラマンシフトを詳細に調べた[1]。Fig.１(a)に示
すように、銅箔上に CVD 成長したグラフェン２枚を転写して作った架橋ツイスト 2 層グラフェン（試料 A：
銅箔上グラフェン 2 枚）の場合、測定場所(TEM グリッドの孔の違い)ごとのばらつきはあるが、Ga 金属の蒸着により G モードと 2D モードが共に低波数側にシフトする現象が観測された。グラフェンのラマンピー
クシフトはキャリアドーピング密度と歪みの影響を受けて変化することが知られており、蒸着によりドーピ
ング密度の変化と引っ張り歪みの挿入が同時に起きていることが示唆される。一方、再表層として、銅(111)/サファイア基板上にエピタキシャル成長したグラフェンを転写した試料（試料 B:エピタキシャルグ
ラフェン/銅箔上グラフェン）の場合、Fig.１(b)に示すように、蒸着によるシフトの方向が逆向きになる。
2D モード変化が大きいことから、蒸着により 2 重共鳴過程と関連する電子状態変化が起きたと考えられる。
架橋ツイスト 2 層 h-BN については、銅箔上に成長した試料から架橋に用いる TEM グリッドへの転写が難しいことが課題となっているが、PMMA 濃度を変えることで転写収率が大きく変化することを見だした[2]。過硫酸アンモニウムと硫化鉄のそれぞれのエッチャントで収率が大きく変化するということも分かってきた。この試料に対し、アルコール CVD 法を用いてグラフェン成長を試みたところ、10 nm 程度の面積のグラファイトナノ構造の成長が確認できた。
以上の研究に加え、架橋原子層材料を用いたモアレ超格子の熱伝導測定や、分極反転構造上に生成した原子層材料のドーピング制御の研究、大面積原子層材料の半導体材料への直接成長の研究も進めており、PL

2700
2690
2680

-1

(b)

2D peak position (cm )

-1

(a)

2D peak position (cm )

測定や試料提供について領域内で共同研究を行っている。

Before deposition
After deposition

2670
2660

Sample A
2650
157015751580158515901595-1

Before deposition
2700
After deposition
2690
2680
2670
2660
Sample B
2650
157015751580158515901595-1

G peak position (cm )G peak position (cm )Figure 1 2D-G peak energy plots of the air suspended twisted bilayer graphene before（Red）and after (Blue) Ga
metal deposition. Measurements were taken from several different holes of TEM grid. Figure (a) shows the plots forsample A composed of two CVD graphene and figure (b) shows that for sample B composed of both CVD andepitaxial graphene.

【2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、櫻井(A01)、宮田(A02)、松田(A03)、上野（A02)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] 河瀬裕太、毛利真一郎 他、第 83 回応用物理学会秋季学術講演会、2022 年 9 月[2] 利根川舜、毛利真一郎 他、第 64 回フラーレンナノチューブグラフェン学会総合シンポジウム 2023 年 3 月

64

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A01 物質創製班

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応⽤
蓬⽥ 陽平（東京都⽴⼤学）
研究協⼒者︓柳 和宏（同上）、上治 寛（同上）E-mail: yomogida@tmu.ac.jp

2022 年度は、2.5 次元遷移金属カルコゲナイドナノチューブ（TMDNT）の創製とその物性開拓に関する研究を行った。具体的には、(1)2.5 次元 TMDNT のベースとなる小直径ナノチューブ（NT）の合成と光物性解明、 (2)異なる遷移金属カルコゲナイド（TMD）を同軸積層したヘテロ NT の創製、 (3) TMD ヤヌス NTの創製と光物性開拓、(4)TMDNT の水素発生反応の研究を行った。
(1)構造制御された酸化タングステンナノワイヤを気相法により得て、その硫化により、直径 10 nm 程度の小直径 WS2 NT、WSe2 NT を得る合成技術を開発した（Fig. 1a）。従来の試料（直径 100 nm）に比べて、大幅な直径の低減に成功している。得られた試料は、赤方偏移した光励起発光を示す（Fig. 1b）。これは、バンド計算の予想とも一致し、NT の曲率効果によるバンドギャップの狭化の影響と考えられる。この小直径
NT の合成技術は、全ての 2.5 次元 NT 研究のベースとなり、以下の研究の進展に大きく貢献した。(2)得られた小直径 NT をテンプレートとして外壁に MoO3 を形成し、その硫化により、半導体ヘテロ NT を創製した（Fig. 1c）。(3)小直径 WSe2 NT をベースに、水素プラズマ処理・硫化を行い、ヤヌス WSSe NT を創製した。元の WSe2 NT とは異なるヤヌス構造に由来するラマンスペクトルが得られている（Fig. 1d）。(4)小直径 NT を用いて HOPG 上に電気化学セルを作製し、TMDNT に由来する水素発生反応を観察した。
本研究は、領域内の多くの方々にサポートしていただいた。
小直径 TMDNT のバンド計算（岡田 G）、
TMDNTの水素発生反応（高橋 G）、TMD ヤヌス NT の創製（加藤 G）、TMDNT の SHG 応答（松田 G）等が関係する。特に、ヤヌス NT 創製と SHG 応答は、本領域が無ければ実現しえなかった研究である。今後、研究をさらに進め、2.5 次元 TMDNT 由来の物性・応用を見いだし、成果を論文にまとめる。

Figure 1 Creation of 2.5D transition metal dichalcogenide nanotubes (TMDNTs) (a,b) Transmission electron
microscope (TEM) image (a) and photoluminescence properties (b) of small-diameter (thin) TMDNTs. (c) TEM
image of TMD heteronanotubes composed of MoS2 outerlayer and WS2 innerlayer. (d) Raman spectra of Janus
WSSe NTs and WSe2 NTs.
【2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、加藤(A01)、宮田(A02)、松田(A03)、末永(A03)、高橋(A03)、柳(A03)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] S. Furusawa, Y. Nakanishi, Y. Yomogida, Y. Sato, Y. Zheng, T. Tanaka, K. Yanagi, K. Suenaga, S. Maruyama, R. Xiang,
Y. Miyata, Surfactant-Assisted Isolation of Small-Diameter Boron-Nitride Nanotubes for Molding One-Dimensional vander Waals Heterostructures, ACS. Nano, 16, 16636-16644 (2022).
[2] K. Ueji, N. Muto, D. Heimfarth, Y. Matsuoka, Y. Ichinose, Y. Yomogida, T. Yagi, J. Zaumseil, K. Yanagi, Heat andCharge Carrier Flow through Single-Walled Carbon Nanotube Films in Vertical Electrolyte-Gated Transistors:
Implications for Thermoelectric Energy Conversion, ACS Appl. Nano Mater., 5, 6100-6105 (2022).
[3] M. A. Rahman, Y. Yomogida, M. Nagano, R. Tanaka, K. Yanagi, Structures and optical properties of thin tungsten
oxide nanowires treated with poly (ethylene glycol), Jpn. J. Appl. Phys., 61, SD1018 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ਁ ڱ‬൳ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ૐ஋ଡୗभଡണ
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A02 集積化班

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
上野 啓司（埼玉大学大学院理工学研究科）
研究協力者：Lim Hong En（同上）E-mail: kei@chem.saitama-u.ac.jp

2022 年度においては、(1) バッファ層に用いる硫化ガリウム（GaS）単結晶をブリッジマン法で成長するための縦型管状炉および石英アンプル垂直微動装置の設計・製作、(2) GaS 単結晶の試作、(3) 化学蒸気輸送法（CVT）によるさまざまな遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）単結晶の成長、(4) GaS をバッファ層、半導体 TMDC をチャネル層とする電界効果トランジスタ（FET）の作製と特性評価、(5) 10 K 程度までの低温での FET 測定が可能なプローバ装置の作製、といった研究を行った。また、CVT 法で作製した多種多様な TMDC 単結晶試料を領域内共同研究者に提供し、共同研究を推進した。一部の共同研究成果は論文発表につながっている。
主な成果としては、納品がかなり遅れたものの、ブリッジマン法単結晶成長装置が完成した(Fig. 1(a))。
本装置により、CVT 法で得られたものよりも大型で厚いバルク単結晶の成長に成功している(Fig. 1(b))。また、GaS をバッファ層、MoS2 をチャネル層とする、Fig. 1(c)の模式図に示すような FET を作製した。バッ
ファ層の有無による動作特性の違いを、同一の MoS2 薄片で測定できるように S/D 電極（Au）を配置している。試料温度を変えて動作特性を測定し、GaS のバッファ層としての有効性について検証を進めている。
領域内共同研究者への試料提供については、VSe2, VTe2, NbSe2, 2H-TaS2, 1T-TaS2, MoS2, MoSe2, WS2,
WSe2, 2H-MoTe2, 1T’-MoTe2 等の TMDC 単結晶を CVT 法により成長し提供した。今後は GaS, GaSe, InSe
等の、TMDC 以外の層状物質単結晶についても試料提供を進めていきたい。

(a)

(b)

(c)

D1

S

D2
MoS2

GaS

SiO2
p++ Si

10 mm
Figure 1

G(a) Single-crystal growth system by the Bridgman method.

(b) GaS single crystals grown by the

Bridgeman method. (c) Schematic diagram of a MoS2 field-effect transistor with GaS as a buffer layer.
【2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、渡邊(A01)、加藤（俊）(A01)、毛利(A01)、宮田(A02)、北浦(A02)、松田(A03)、杉本(A03)、柳(A03)、
長汐(A05)、山本(A05)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] H. Ogura, S. Kawasaki, Z. Liu, T. Endo, M. Maruyama, Y. Gao, Y. Nakanishi, H.E. Lim, K. Yanagi, T. Irisawa, K.
Ueno, S. Okada, K. Nagashio, Y. Miyata, Multilayer In-Plane Heterostructures Based on Transition Metal
Dichalcogenides for Advanced Electronics, ACS Nano, 17, 6545-6554 (2023).
[2] W. Nishiyama, T. Nishimura, M. Nishioka, K. Ueno, S. Iwamoto, and K. Nagashio, Is band gap of bulk PdSe2 locatedreally in far infrared region? Determination by Fourier Transform Photocurrent Spectroscopy, Adv. Photonics Res., 3,2200231 (2022).
[3] T. Sasaki, K. Ueno, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Nishimura, and K. Nagashio, Ultrafast Operation of 2D
Heterostructured Nonvolatile Memory Devices Provided by the Strong Short-Time Dielectric Breakdown Strength of hBN, ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 25659–25669 (2022).

67

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A02 集積化班

1.5 次元から 2.5 次元への展開に基づく新物質群創出
北浦良（物質・材料研究機構 ナノアーキテクトニクス材料研究センター）

研究協力者：小澤大知・Shaochun Zhang（同上）E-mail: KITAURA.Ryo@nims.go.jp

2021～2022 年度にかけて、(1) 有機金属化学気相成長(MOCVD)法による 1.5-２.５次元物質の成長と機能開拓、(2) 二次元積層系における光電子機能の探索、(3) 1.5 次元物質の光学応答観測のための手法開発、などを中心に研究を行った。これらの研究を進めるにあたり、第一原理計算による電子状態解析、高品質六方晶窒化ホウ素の試料提供、KPFM による表面電位の評価などで協力いただくと同時に、光電流マッピング
測定で協力をするなど、多くの領域内共同研究者との共同研究を実施し、一部の成果は論文につながった。
主な成果としては、MOCVD 装置の整備をすすめ新奇接合構造を実現したこと、積層構造・歪構造などにおいて光起電力を観測したこと、ゲート変調反射分光測定を実施し微弱なシグナルを捉えることに成功したことがある。Figure 1 には MOCVD 装置の写真を示した。こちらは名古屋大学在籍時に整備し、シャープな界面をもつ二次元接合が実現できることが明らかになっていたが、本年度は二層の二次元接合の作製にも成功し、今後の新たな機能開拓の足がかりを築くことができた。また、(b),(c)に示したように、積層構造において光起電力が生じることを光電流マッピングを始めとする種々の測定から明らかにした。KPFM 測定から、pn 接合などによる内蔵電位がないことも確認され、この光起電力は内蔵電位に駆動されるものではないことが明らかとなった[1],[2]。これら以外にも、二次元系に分子（ゼロ次元）をつけた構造で、Covid-19 ウイル
スを検出する試みも進めた[3]。

Figure 1 (a) Photograph of the MOCVD setup developed. Using this MOCVD setup, bilayer lateral heterostructures
can be grown. (b) top: Schematic representation of a two-terminal device with a WS2/MoS2 channel, and bottom:
IV characteristic under laser excitation. (c) Optical image of the two-terminal device and a photocurrent mapping
result measured at room temperature.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、吾郷(A01)、渡邊(A01)、宮田(A02)、町田(A02)、松田(A02)、蒲江(A02)、上野(A02)、高橋(A03)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] S. Zhang, M. Maruyama, S. Okada, M. Xue, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Hashimoto, Y. Miyata, R. Canton-Vitoria,
R. Kitaura, Observation of the photovoltaic effect in a van der Waals heterostructure, Nanoscale, 15, 5948 (2023).
[2] S. Zhang, M. Xue, F. Zeng, R. Kitaura, An observation of a photovoltaic effect in MoS2 nanoribbons fabricated witha top-down approach, Appl. Phys. Exp., 16, 035003 (2023).
[3] R. Canton-Vitoria, K. Sato, Y. Motooka, S. Toyokuni, Z. Liu, R. Kitaura, Field-effect transistor antigen/antibodyTMDs sensors for the detection of COVID-19 samples, Nanoscale, 15, 4570 (2023).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A02 集積化班

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
田中 秀和（大阪大学産業科学研究所）
研究協力者：李 好博・服部 梓（同上）E-mail: h-tanaka@sanken.osaka-u.ac.jp

遷移金属酸化物は金属-絶縁体相転移、強磁性、強誘電性、超伝導性など多彩な物性を示し、種々のデバイス応用が期待されている。その表面にファンデルワールス結合のみ存在する 2 次元層状物質の表面（2.5 次元空間）は、非常に束縛が弱く、異種物質の結晶構造・格子定数の違いによらず良質な結晶成長が可能となる新規合成場となり、異種物質の一層の高度機能物性を引き出せると期待される。この考えの元、2022 年度
は、(1) h-BN 単結晶上への金属〜絶縁体相転移を示す VO2 薄膜の形成とデバイス化、(2) CVD 成長大面積
hBN 薄膜への VO2、強磁性 Fe3O4 の成長などを中心に研究を行なった。
主な成果としては、A01-渡邊グループより供給いただいた h-BN 単結晶上へパルスレーザ蒸着法を用いてVO2 薄膜を形成し、1～10μm のギャップを有する二端子電極を付与した電流誘起抵抗スイッチグデバイスを形成し、電流スッチングを観測した（Fig.(a)）
。特に、強い結合を有しないファンデルワールス表面を持つ
hBN 上に成長した酸化物薄膜は大きな結晶粒を有し相転移特性も優れていることから、マイクロ二端子デバ
イスにおいて、シングルドメインに起因する多段階スイッチを見出した（Fig.(b)）[1]。また大面積での試料作成を可能とするため、A01 吾郷グループより CVD で成長させた大面積 hBN を供給いただき、VO2 薄膜を成長することにも成功した（Fig.(c)）。大面積試料を得たことにより、X 線構造解析により、(001)配向 hBN
上で VO2 が（110）優先配向すること、また透過型電子顕微鏡を用いた平面原子像観察により、hBN と VO2が面内でエピタイシャル関係にあることを示唆する結果を得た（Fig.(d)）
。さらに A05 小野グループとの共同研究により、VO2/hBN 界面安定構造の第一原理計算を行っていただいた。VO2 と hBN の間で一部の V+イオンと B-イオンがイオン/共有結合でピンされ、その他の界面接合部分は弱いファンデルワールス結合を有している界面モデルが提案された。このモデルは hBN 上で成長させた酸化物薄膜の物性が、殆ど膜厚依存性を示さないことを説明できる。

Figure 1 Optical microscope image of VO2 film on single crystalline h-BN flake for current induced resistive
switching device, (b) Voltage – Current characteristic of VO2/crystalline h-BN flake device, (c) Optical microscope
image of pulsed laser deposition grown VO2 film on CVD-grown h-BN film, (d) Plane view TEM image of VO2film on CVD-grown h-BN.
【2022 年度の領域内共同研究者】
渡邊(A01)、吾郷(A01)、小野(A05)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] S. Genchi, S. Nakaharai, T. Iwasaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Wakayama, A. N. Hattori and H. Tanaka., Step
electrical switching in VO2 on hexagonal boron nitride using confined individual metallic domains, Jpn. J. Appl.
Phys.,62, SG1008 (2023),[2] 玄地真悟、田中秀和, 六方晶窒化ホウ素を用いた自由自在な機能性酸化物薄膜成長と素子応用展開への可能性 , 生産と技術, 74, 59-62 (2022)69

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ਁ ڱ‬൳ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗ৬भীෲૼ୒৫৅
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A03 分析班

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
杉本 宜昭（東京⼤学⼤学院新領域創成科学研究科）
研究協⼒者︓安達 有輝（同上）E-mail: ysugimoto@k.u-tokyo.ac.jp

シリセンは Si 原子がハニカム状に配列した二次元物質である。近年、シリセンはその優れた電子物性により注目を集めている。特にシリセンに原子を吸着した系は、その電子物性や構造自体を局所的に変化させう
る 2.5 次元物質とみなすことができ、本研究のターゲットとした。シリセンは座屈構造を持っているため、
原子スケールにおける正確な構造決定が非常に難しい。そこで、今回、走査型プローブ顕微鏡を用いて、Si
アドアトムをシリセンに導入し、原子スケールで観察と評価を行った。
本研究では、超高真空環境で動作する周波数変調方式原子間力顕微鏡 (AFM)を用いて、Ag(111)表面上に作製したシリセンの(4×4)相上 Si アドアトムの観察を原子分解能で行った[１]。Si アドアトムをシリセン上に吸着させるために、シリセン/Ag(111)を室温に保ちながら Si の蒸着を行った。図 1a は AFM を用いて得られたシリセンに吸着した Si アドアトムの凹凸像である。図 1b は密度汎関数理論に基づいた計算により得られたシリセンに吸着した Si アドアトムの構造モデルである。構造モデルは、AFM 観察をよく再現しており、Si アドアトムの吸着位置を完全に決定することができた。重要なことに、Si アドアトムの吸着によりシリセンの座屈構造が変化していることが判明した。したがって、この新しい 2.5 次元物質は、新たな物性を示す可能性がある。さらに、AFM を用いて個々の Si アドアトムをシリセン上で操作できることも示し、局所的な座屈構造を変化させることで局所物性の制御が可能である。

Figure 1 (a) AFM topographic image of silicene surface with additional Si adatoms. Imaging parameters: 𝛥𝑓 = −12
Hz, 𝑉S = 0.75 V, 3.8 × 8.0 nm2, 𝑇 = 78 K. (b) DFT optimized atomic structure of the silicene decorated with Si
adatoms. Black rhombus indicates the unit cell of 2D island of Si adatom on silicene.
【2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、岡田(A01)、櫻井(A01)、上野(A02)、荒井(A02)、坂野(A03)、高村(A04)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y. Adachi, R. Zhang, X. Wang, M. Fukuda, T. Ozaki, and Y. Sugimoto, Atomic arrangement of Si adatom on the
Silicene/Ag(111) surface, Appl. Surf. Sci., 630, 157336 (2023).
[2] D. Katsube, R. Shimizu, Y. Sugimoto, T. Hitosugi, and M. Abe, Identification of OH groups on SrTiO3(100)(R13xR13)-R33.7 reconstructed surface by non-contact atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy,
Appl. Phys. Lett., 122, 071602 (2023).
[3] M. Kimura, and Y. Sugimoto, Lattice distortion of oxygen monolayer on Ag(111) observed by scanning probe
microscopy, Phys. Rev. B, 106, 115432 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A03 分析班

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
高橋康史（名古屋大学工学研究科）
E-mail: takahashi.yasufumi.v5@f.mail.nagoya-u.ac.jp

2022 年度は、ナノシート材料の構造と触媒活性の関係について、独自開発を進めている走査型電気化学セル顕微鏡(SECCM)による電気化学イメージングを行った。具体的には、水素発生反応（HER）や CO2 還元反応（CO2RR）についてナノ構造と触媒活性の関係を評価した。CO2RR による化成品合成では、HER が副反
応として生じることで、生成効率が著しく下がる。HER では、触媒表面に吸着した水素原子（H*）同士が会合し、水素分子が発生する。水素発生が優位に進行する反応では、反応中間体である還元された一酸化炭素
分子（CO*）よりも、H*が触媒表面を占有している。そのため、化成品の合成を優位に進行させるには、水素発生能力が低い触媒が原理的に良いと考えられる。この仮定を証明するため、水素発生触媒として二硫化モリブデンカルコゲナイド（MoS2）を、化成品を選択的に電解合成する触媒として二硫化錫カルコゲナイド（SnS2）をそれぞれ用いた。さらに構造と触媒能の関係を明確化させるために、ナノシート構造の触媒を作製し、構造と触媒活性の関係を電気化学的に評価した。MoS2 ナノシートは、HER 触媒活性サイトが、エッジに局在することを確認している（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3601–3608.）。一方で、SnS2 ナノ
シートは化成品合成（ギ酸）に有効な触媒として知られてきたが、どのようなサイトでどのように反応が進行しているかは分かっていない。そこで、SnS2 の触媒活性サイトを明らかにするとともに、これらの触媒を比較することで、副反応である水素発生を抑えるためにどのような特徴が触媒に必要かを検討した。
SECCM では、半径 50 nm のナノピペ
ットの中に、二酸化炭素ガスで飽和した水溶液を満たし、Pd-H2 参照電極を挿入し、二酸化炭素の還元電流イメージングを行った（図１a）。先行研究により、MoS2 ナ
ノシートは、エッジが水素発生の高い触媒
活性サイトとなることを確かめた（図１b）。一方で、SnS2 ナノシートの二酸化炭素還元反応は、エッジだけではなくテラス上でも生じることが明らかとなった（図１

Fig. 1 (a) A schematic illustration of SECCM imaging. (b) HER
imaging on MoS2 nanosheet. (c) CO2RR imaging on SnS2
nanosheet. (d) cyclic voltammetry of edge and terrace of SnS2
nanosheet.

ｃ）。さらに、SECCM のナノピペットを SnS2 ナノシートのエッジとテラスに配置し、線形掃引ボルタンメ
トリー法による計測を行ったところ、エッジとテラスで還元電流値の差がないことが確認できた（図１ｄ）。
また、二酸化炭素ガスで飽和した炭酸水素カリウム水溶液中での還元電流値（二酸化炭素の還元と水素発生由来の応答）は、アルゴンガスで飽和した炭酸水素カリウム水溶液中での還元電流値（水素発生由来）よりも優位に高いことが確認できました。以上から、本研究で作製した SnS2 ナノシートは、表面全体を触媒サイトとして有効活用できることが分わかった。
領域内共同研究では、HER 活性に焦点を当て、吾郷らと MoS2 ナノリボン、加藤・宮田らとヤヌスナノシート、蓬田らとカルコゲナイトナノチューブ、中西らとカルコゲナイトナノクラスター、北浦らとカルコゲ
ナイトナノバンド構造体の計測を行っている。
【2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、加藤(俊) (A01)、蓬田(A01)、宮田・中西(A02)、北浦(A02)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y. Kawabe, Y. Ito, Y.Hori, S. Kukunuri, F. Shiokawa, T. Nishiuchi, S. Jeong, K. Katagiri, Z. Xi, Z. Li, Y. Shigeta,
and Y. Takahashi, 1T/1H-SnS2 Sheets for Electrochemical CO2 Reduction to Formate, ACS Nano Accepted.
[2] Y. Takahashi, D. Takamatsu, Y. Korchev and T. Fukuma, Correlative Analysis of Ion-Concentration Profile andSurface Nanoscale Topography Changes Using Operando Scanning Ion Conductance Microscopy, JACS Au 2023, 3 (4),1089-1099.

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A03 分析班

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
柳 和宏（東京都立大学理学研究科物理学専攻）
研究協力者：上治寛（同上）、蓬田陽平（同上）E-mail: yanagi-kazuhiro@tmu.ac.jp

2022 年度において、(1)大面積で合成された単層遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)薄膜の４層転写系
における熱・電荷輸送の同時計測、(2)単一ドメイン単層 TMDC 薄膜における計測に向けた顕微時間領域サーモリフレクタンス（TDTR）計測技術の開発、(3)ファンデルワールス界面へのインターカレーションと熱・電荷輸送との相関、などを中心に研究を行った。2022 年度から参加となり、領域会議等を通して領域内研究
者との議論により新たな共同研究も実施している。領域内の研究者による TMDC 薄膜試料やその転写手法に関して協力を得て、研究活動の高度化を進めることができた。
主な成果としては、大面積合成された TMDC 薄膜積層系における熱伝導および電気伝導の同時計測を達成
し、また界面構造を系統的に変化させるアプローチとしてアニーリング処理に着目し、系統的に界面電気伝
導と熱伝導との相関を明らかにすることができた(Fig1)。これまでの人為的に積層した２次元界面においては極めて低い熱伝導が報告されているが、電気伝導との関係は明らかになっていなかった。本研究によって、電気伝導との相関が明らかになり、低熱伝導性の起源に関する理解を深めた。
この他にも、顕微 TDTR 測定系を構築し、現在、単一ドメイン単層 TMDC 積層膜での熱伝導計測を進めている。また、導電性ポリマーの層間にインターカレーションすることによる熱伝導の変化を見出し、電界効
果による熱流制御が可能であることを見出すことができた。

Figure 1 Schematic illustration of experimental setups for thermal and change transport measurements across vdWinterfaces formed by four layered MoS2 samples. (b) Resistance and (c) thermal conductance as a function of
annealing temperature.
【2022 年度の領域内共同研究者】
宮田(A02)、町田(A02)、荒井(A02)、蓬田(A01)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] Kan Ueji, Nobuhiro Muto, Daniel Heimfarth, Yuya Matsuoka, Yota Ichinose, Yohei Yomogida, Takashi Yagi,

Jana Zaumseil, Kazuhiro Yanagi “Heat and Charge Carrier Flow through Single-Walled Carbon Nanotube Films
in Vertical Electrolyte-Gated Transistors: Implications for Thermoelectric Energy Conversion” ACS Applied
Nano Materials 5, 6100-6105 (2022)[2] Md Ashiqur Rahman, Yohei Yomogida, Mai Nagano, Ryoga Tanaka, Kazuhiro Yanagi , “Structures and opticalproperties of thin tungsten oxide nanowires treated with poly (ethylene glycol)” Japanese Journal of Applied
Physics 61 SD1018 (2022)[3] Shinpei Furusawa, Yusuke Nakanishi, Yohei Yomogida, Yuta Sato, Yongjia Zheng, Takumi Tanaka, Kazuhiro
Yanagi, Kazu Suenaga, Shigeo Maruyama, Rong Xiang, Yasumitsu Miyata “Surfactant-Assisted Isolation of
Small-Diameter Boron-Nitride Nanotubes for Molding One-Dimensional van der Waals Heterostructures” ACS
Nano 10, 16636-16644 (2022)73

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A03 分析班

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
Yung-Chang LIN（産業技術総合研究所）
研究協力者：Qiunan Liu（大阪大学）
E-mail: yc-lin@aist.go.jp

2021 年から 2022 年にかけて、私たちの研究は以下の 2 つの主要な領域に焦点を当てていました：(1)WS2 中での遷移金属のパターニングとドーピング、および (2) MoCl5 を用いた二層グラフェンのインター
カレーション。
グラフェンをドーピングマスクとして利用し、WS2 への遷移金属の選択的ドーピングのための新しい方法を開発しました。グラフェンの薄い層は化学的に不活性であり、ホスト 2D 材料におけるドーピング反応の空間的な制御が可能となります。さらに、グラフェンは接触金属とドープされたチャネルの間に挿入層として機能し、低い接触抵抗のためにフェルミ準位のデピンニングを実現します。[1]MoCl5 を用いた二層グラフェンのインターカレーションについて研究しました。走査透過型電子顕微鏡を用いてインターカレーション物質の原子構造を調査しました。驚くべきことに、MoCl5 ではなく、MoCl3 のネットワーク、MoCl2 の鎖、および Mo5Cl10 のリングから成るインターカレーション物質が存在することがわかりました。この結果は、インターカレーション材料の原子構造について正確に理解することが、それらの実用的な応用において誤解や誤った解釈を避けるために重要であることを示しています。[2]さらに、FeCl3 やアルカリ金属を用いた二層グラフェンのインターカレーションに関する研究も現在進行中であり、近い将来に結果を発表する予定です。

Figure 1 (a) Selective area Cr doping of WS2 using a prepatterned graphene mask. The doping concentration canbe controlled by adjusting the reaction time. (b) Intercalation of bilayer graphene using MoCl5 as a precursor via
gas-phase reaction. The resulting intercalated structures were identified as MoCl3 networks, MoCl2 chains, andMo5Cl10 rings, rather than a MoCl5 lattice.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、松本(A02)、末永(A03)、【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y.-C. Lin, K. Suenaga et al., “Patterning and doping of transition metals in tungsten dichalcogenides” Nanoscale, 14,16968-16977 (2022).
[2] Qiunan Liu, Yung-Chang Lin, Hiroki Ago, Kazu Suenaga et al., Unique molybdenum chloride nanostructures withgiant lattice distortions intercalated into bilayer graphene, submitted.

74

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告‫ਁ ڱ‬൳ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗभৗ奇੟ਙ৫ิ‫ق‬੟ਙ৫ิྉ‫ك‬

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A04 物性開拓班

対称性の破れた二次元物質における物性研究塩見 雄毅（東京大学大学院総合文化研究科）
E-mail: yukishiomi@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

スピンホール効果やエデルシュタイン効果などのスピン輸送を中心としたスピントロニクス現象および磁気輸送現象の計測技術を武器として、物性物理学の実験研究を行ってきた。本プロジェクトでは、2.5 次元物質に特有のスピン関連現象を探索し、新しいスピン機能を開発することを目指している。公募研究の開始年度である 2022 年度においては、複数の領域研究者から測定試料を提供して頂き、共同研究を開始した。
スピントロニクス実験に先立ち、提供された試料に対して様々な測定実験を精力的に行った。
領域内共同研究としての主な成果として、空間反転対称性の破れた二次元強誘電体であるα-In2Se3 において、積層自由度に依存した圧電応答を観測した。笹川(A04)らはα-In2Se3 において 2H 構造と 3R 構造を作り分けることに成功しており、対称性の考察からはどちらの積層構造においても面直方向に圧電効果の発現が許される。我々は、実際に室温で両構造のα-In2Se3 試料に対して逆圧電効果の測定を行い、積層の仕方が異なることに由来して圧電効果の大きさが異なることを見出した[1]。3R 構造は積層方向に直列に原子が配列する傾向があるのに対し、2H 構造では回転しながら積層しており、面直方向に空隙が多い傾向にある。2H構造において面直方向に原子が動きやすいことを反映して、2H α-In2Se3 においては 3R α-In2Se3 より大きい圧電応答が観測されたと考えられる。本物質においては空間反転対称性の破れに起因する反対称スピン軌
道相互作用に由来する物理現象の発現も期待されるため、引き続き共同研究を進める予定である。
この他にも、2.5 次元物質における特異なスピン流現象の観測を目指して、宮田(A02)らと共同でデバイス試料の作製を進めている。2023 年度は準備された試料に対してスピン計測実験を進めていく予定である。

Figure 1 Piezoelectric effect in 2H and 3R phases of α-In2Se3. (a,b) Crystal structure of α-In2Se3 in (a) 2H and (b)3R phases. (c,d) Piezoelectric d33 coefficient as a function of measurement frequency for (c) 2H and (d) 3R samples.
Larger d33 values are observed for the 2H sample.
【2022 年度の領域内共同研究者】
加藤(A01)、宮田(A02)、坂野(A03)、笹川(A04)【2022 年度の代表的な研究成果】[1]K. Ueda, R. Murata, T. Sasagawa, and Y. Shiomi, Piezoelectric effect in 2H and 3R phases of α-In2Se3, Jpn. J. Appl.
Phys. (2023) https://doi.org/10.35848/1347-4065/acdc72[2] T. Yokouchi, Y. Ikeda, T. Morimoto, and Y. Shiomi, Giant Magnetochiral Anisotropy in Weyl Semimetal WTe2
Induced by Diverging Berry Curvature, Phys. Rev. Lett., 130, 136301 (2023). Editors’ suggestion76

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A04 物性開拓班

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
若林

克法（関⻄学院⼤学⼯学部）

E-mail: waka@kwansei.ac.jp

本研究課題では、グラフェンや遷移金属カルコゲナイド系物質(TMDC)などの原子膜からなる 2.5 次元物質において、光学的な電子励起過程によって、スピン流の生成を制御し、エネルギー効率性の高い光・電子
デバイスを設計することにある。2.5 次元物質における電子波動関数のトポロジカル特性を系統的に解析することで、電子物性の基礎学理を構築に貢献するとともに、エネルギーハーベスティングデバイスなど新しい光・電子デバイス設計のアイデアを提示することを目的とする。
本年度は、少数層 TMDC 膜と光との相互作用に着目し、光照射による電子励起を活用したスピン状態の生成と制御機構、さらにはトポロジカル特性について、理論的に検討を進めてきた。具体的には、少数層のNbSe2 薄膜を考え、その電磁場照射の効果を理論数値計算によって解析を進めた。NbSe2 は、金属的な性質を示す TMDC であり、低温では超伝導転移をすることが知られている物質である。また、Nb 原子由来のスピン軌道相互作用から NbSe2 はイジング型スピン軌道相互作用を有することが知られている。奇数層のNbSe2 薄膜は空間反転対称性が破れているが、偶数層では空間反転対称性は保持されている。この結晶対称性の違いによる光学応答の変化を明らかにした。さらに、二次の非線形光学応答効果とその偏光依存性を求めた。特に、結晶の対称性を操作する２円偏光を照射したとき、NbSe2 の鏡面対称性を破るため、非線形光学効果が偶数層 NbSe2 でも誘起される。さらに、奇数層 NbSe2 では、トポロジカルシフト流が生成される
ことがわかった[1]。これらのことから、金属 TMDC 系物質は、光スピンデバイスへの応用が期待される。
この他にも、Twisted bilayer graphene に対する円偏光照射を利用した Valley 流の生成[2]に関する数値解析なども行なった。また、領域メンバーとの共同研究を実施し、二階建て HexNet における電子状態解析などを行なっている。
Odd-number-layer

(b)

(c)

Linearly polarized light1

without SOC

chargeRe[σx−BCL]

chargeRe[σxxx
]

0.5
0

-0.5

Even-number-layer

with SOC

5
0
-5

2
-2

1

-4

0

chargeRe[σyxx(shift)]0chargeRe[σy−BCL]

chargeRe[σyxx
]

3
0

0

-1

0

1

2

3

4

0

-10

-10

-20

-40
0

Odd-number-layer ℏω = 2.5 (eV)

BCL
spin
Re[σxyy(shift)]

(a)

-1

-20

-20
0

1

2

3

4

2

2.5

3

4 0

0.04

0.08

ℏ/τ (eV)Figure 1 (a) Crystal structure of few-layered NbSe2. (b) Nonlinear optical conductivities of monolayer NbSe2 for
SHG process (left) and incident BCL (right). (c) Spin and charge shift-current conductivities of monolayer NbSe2
and the dependence of relaxation time 𝜏.
Nb

Se【2022 年度の領域内共同研究者】岡田(A01)、越野(A04)、長汐(A05)、山本(A05)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] R. Habara, K. Wakabayashi, Symmetry manipulation of nonlinear optical effect for metallic transition dichalcogenides,
Phys. Rev. B 107, 115422 (2023).
[2] K. Nakagahara, K. Wakabayashi, Enhanced valley polarization of graphene on h-BN under circularly polarized lightirradiation, Phys. Rev. B 106, 075403 (2022).

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４. 公募班 研究成果

A04 物性開拓班

周期歪みによるグラフェンの電気伝導特性変化
友利 ひかり（筑波大学 数理物質系 物理学域）
研究協力者：神田 晶申・岡田 晋・丸山 実那
E-mail: tomori.hikari.ge@tsukuba.ac.jp

周期歪み導入によってグラフェンの電気伝導を制御することを目的とし、（１）周期歪みを導入したグラフ
ェンの電気伝導測定、（２）周期歪み導入によるグラフェンの電子バンド構造の数値シミュレーションを中心に研究した。また、同領域の東京大学の田代省平氏からサンプルの提供を受け、有機結晶表面の周期凹凸構造を利用した周期歪み導入の検討を行った。
(1) 周期歪みを導入したグラフェンの電気伝導測定
周期歪みがグラフェンの電気伝導特性に与える影響を評価するために、周期歪みを導入したグラフェン電
界効果トランジスタを作製し、筑波大学低温グループが所有する希釈冷凍機システムを用いて電気伝導測定を行った。また、これまでの研究から、周期歪みの効果を観測するためにはグラフェンの平均自由行程の増大化が必要であることがわかっていたため、同領域のメンバーである渡邊賢司氏から hBN の提供を受けた。
周期歪みの導入には、シリコン基板に電子線レジスト HSQ の周期構造を作製し、そのレジスト構造上に
hBN/グラフェンを転写する方法を用いた。ただし、今回試料に用いた hBN 薄膜が厚すぎたため、ラマン分
光の評価ではほとんど周期歪み導入は観測できなかった。一方で、移動度・平均自由行程についてはグラフ
ェンに hBN を密着させたことで増大化に成功した。特に平均自由行程に関しては、凹凸構造の周期 80 nmと同程度の値まで向上した。
(2) 周期歪みを導入したグラフェンの電子構造の数値シミュレーション
同領域のメンバーである筑波大学の岡田晋氏と丸山実那氏の協力のもと、周期歪みを導入したグラフェンの電子バンド構造の数値シミュレーションを行った。ここでは特に、グラフェンに導入する周期歪みの歪み
量の大きさと周期の長さによって、グラフェンのバンド構造がどのように変化するかに着目した。
歪み量を 5%に固定し、周期の長さを 10~20 nm の範囲で変化させた場合と、周期の長さを 20 nm に固定し、歪み量を 0~10%の範囲で変化させた場合について計算した。その結果、周期歪みの導入によりディラック点においてバンドギャップが形成されること、また歪みの大きさや周期の長さに応じてバンドギャッ
プの大きさが 0-40 meV の範囲で不規則に変化することがわかった。

Figure 1 (a) Optical microscope image of the sample and AFM image of the line and space structure. (b) Calculatedband structure of graphene with periodic strain (period 20 nm, strain 1%).
【2022 年度の領域内共同研究者】
岡田(A01)、田代(A01)78

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2021-2022 活動報告‫ਁ ڱ‬൳ྉ ଢ଼஢ਛટ$ྉ‫ڱڮ‬ઃ੪ଡୗ৬भ
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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A05 機能創出班

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
石井 史之（金沢大学ナノマテリアル研究所）
研究協力者：山口 直也（同上）E-mail: ishii@cphys.s.kanazawa-u.ac.jp

弱い相互作用（ファンデルワールス相互作用）で結合した二次元物質はその配置を自由に制御できる。本
研究では、異なる周期性をもった二種の二次元物質からなるファンデルワールスヘテロ構造に注目し、系統的に構造を変化させた系について、量子力学に基づいたコンピュータシミュレーション（電子状態計算）を実施し、熱を電気に変える熱電デバイスや、省電力なスピントロニクスデバイスへの応用が可能な新しい物質の探索をおこなう。具体的には、密度汎関数法に基づく第一原理計算手法によってバンド構造および輸送特性について局所的な秩序(原子配置、スピン配置・磁性)が誘起する異常な量子輸送現象 (異常ホール効果、
異常ネルンスト効果、スピン流―電流変換) を活かした、機能物質をデザインする。
2022 年度は、(1) 層状物質 CaGe2 の熱電効果、(2) ファンデルワールス層状磁性体 MnBi2Te4 のゼーベ
ック効果誘起の異常ネルンスト効果、(3) 効率的な異常ホール伝導度計算手法の開発、などを中心に研究を行った。論文発表した研究実績は主に次の 2 点である。(1)強磁性層によって形成されているファンデルワー
ルス反強磁性体 MnBi2Te4 について、Figure 1 に示すように、有限層の電子状態、異常ホール効果、熱電効
果について調べ、フェリ磁性相で、量子化された異常ホール効果を示すことを明らかにし、ゼーベック効果に誘起された巨大な異常ネルンスト効果を示すことを明らかにした[1]。 (2) 異常ホール効果と異常ネルン
スト効果を効率的に計算する、第一原理計算手法開発をおこなった。異常ネルンスト係数を計算するためには、興味ある温度より細かいエネルギー幅のメッシュで異常ホール効果の化学ポテンシャル依存性を調べる必要があり、多くの計算コストが必要となる。我々は運動量空間での局所的なベリー位相を評価することでベリー曲率を効率的に計算し、従来用いられてきた Wannier90 に実装されている手法より高速に異常ホール係数の化学ポテンシャル依存性が評価できることを明らかにした[2]。

Figure 1 (a) The structure of MnBi2Te4 three septuple layers (3SLs). The lined areas indicate a septuple layer. (b)Electronic band structure and the chemical-potential dependence of anomalous Hall conductivity of MnBi2Te4 with
3SLs. (c) The transverse thermoelectric conductivity and Seebeck-induced term of MnBi2Te4 with 3SLs. (d)Calculated anomalous Nernst coefficient and Hall angle ratio with different constant relaxations for MnBi2Te4 with
3SLs.
【2022 年度の領域内共同研究者】
黒澤(A01)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] Y. Morishima, N. Yamaguchi, H. Sawahata, and F. Ishii, Seebeck-induced anomalous Nernst effect in van der Waals
MnBi2Te4 layers, Applied Physics Express, 16, 043003 (2023).
[2] H. Sawahata, N. Yamaguchi, S. Minami, and F. Ishii, First-principles calculation of anomalous Hall and Nernst
conductivity by local Berry phase, Physical Review B, 107, 024404 (2023).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A05 機能創出班

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
小野 倫也（神戸大学大学院工学研究科）
研究協力者：植本 光治（同上）E-mail: t.ono@eedept.kobe-u.ac.jp

強磁性金属とグラフェンや六方晶窒化ホウ素(h-BN)の 2 次元層状材料界面は、磁気抵抗素子の構造として期待されている。強磁性金属電極層として、高い垂直磁気違異方性と薄膜の低いギルバートダンピング定数をもつ鉄・パラジウム(FePd)や、グラフェンの格子とよく整合する Ni(111)、Co(0001)、FeNi(111)などが候補に挙げられている。金属・2 次元層状材料界面の物性は磁気トンネル接合素子の磁気抵抗比を決定する要因となる。しかしながら、FePd(001)/グラフェン界面のように格子の対称性が大きく異なる合金表面において、炭素原子がどのような配置をもつかまだ明らかになっていない。2022 年度は、第一原理計算を駆使し、エネルギー的に安定と考えられる界面構造の予測とその電子・磁気状態の解析を行った。とくに安定な構造として、ツイスト界面モデルが-0.19 ~ -0.22eV/atom の吸着エネルギーを持つことを明らかにした。
また、吸着層間距離は STEM 測定による実験結果ともよく一致していた。さらに、グラフェン層にはモアレ状のバックリングが現れること(Fig. 1(a))を確認した。
また、2 次元層状材料表面上では弱い van der Waals 結合しか働かないため、原子配列が揃った VO2 を成長させることができることを A02 田中班が提唱している。2022 年度は、VO2 の成長様式を明らかにするため、A02 田中班と議論のもと、第一原理計算により h-BN/VO2 界面の原子構造解析を行った。その結果、V原子は h-BN の N 原子に弱い化学結合でピンされ、超格子的に原子配列を h-BN に合わせながら成長することが分かった(Fig. 1(b))。

Figure 1 (a) Charge density profile of the FePd(001)/Gr interface. C1 and Fe1 represent the closest pair, and C2
and Fe2 are examples of sites with no close C or Fe atoms. Reprinted from M. Uemoto et al., J. Appl. Phys.,132, 095301 (2022). (b) Atomic structure of VO2/h-BN interface. Blue, red, white, gray, green balls are V, O, H,
N, and B atoms, respectively.
【2022 年度の領域内共同研究者】
田中(A02)【2022 年度の代表的な研究成果】[1] M. Uemoto, H. Adachi, H. Naganuma, and T. Ono, Density functional study of twisted graphene L10-FePd
heterogeneous interface, J. Appl. Phys., 132, 095301 (2022).

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２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A05 機能創出班

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
河野 行雄（中央大学理工学部）
E-mail: kawano@elect.chuo-u.ac.jp

原子層物質は従来の半導体にはない優れた特長を有しており、光領域の中で未開拓であるテラヘルツ・赤
外帯の機能探索による新規なデバイス応用が期待できるものの、実際の応用化・実装化は発展途上である。
本研究は，カーボン物質に対して新たな＋0.5 次元の構造を付加することによってテラヘルツ・赤外光機能を探求し、発光・検出素子へとつなげることを目的とする。基礎から応用までを一気通貫につなぐことで、
原子層物質科学分野の出口としての役割も担う。平行して、当研究室のテラヘルツ・赤外計測を領域内研究者に使用していただくことも計画しており、すでに領域内共同研究を開始した。
2022 年度の主な成果は、(1)積層膜構造の付加による波長選択型赤外発光素子、(2)高品質大面積グラフェ
ンによるテラヘルツ・赤外検出素子とその画像化応用（吾郷グループとの共同研究）である。(1)については、
積層膜構造に対する電磁界シミュレーションを実施し、スペクトル解析から膜厚設計の最適化を行った（Fig.
1）
。これにより、膜厚に応じた発光波長の選択性を示した。当研究室で開発したカーボンナノチューブ光セ
ンサにより、実際に作製した発光素子の評価を行ったところ、空間的に一様な発光分布を確認した。(２)については、吾郷グループで独自に作製方法を開発したグラフェンを用いて、当研究室にてテラヘルツ・赤外イメージングによる対象物の非破壊画像化を達成した。この成果は、吾郷グループと共著で論文投稿中である。
また前述の通り、テラヘルツ・赤外計測のプラットフォーム化を進めており、山本グループ(A05)との共同研究に関する検討を開始した。

Figure 1 Electromagnetic field simulation of wavelength-selective infrared emitting devices with additional
multilayer film structures. The results show tuning of the emission wavelength by different film thicknesses.
【2021-2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01)、山本(A05)【2021-2022 年度の代表的な研究成果】[1] K. Li, Y. Kinoshita, D. Sakai, and Y. Kawano, Recent Progress in Development of Carbon-Nanotube-Based PhotoThermoelectric Sensors and Their Applications in Ubiquitous Non-Destructive Inspections, Micromachines, 14(1), 61(2023).
[2] Y. Kawano (invited), A Flexible and Stretchable Terahertz Imaging Sheet for Multi-View Visualization, The 29th
International Display Workshops (Fukuoka, December 2022).
[3] 河野 行雄（招待講演）、シート状広帯域テラヘルツ・赤外撮像センサと全方位検査分析応用、第 70 回応用物理学会春季学術講演会シンポジウム「低次元材料のデバイス応用の最新動向」（2023 年 3 月，上智大学）

82

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

４. 公募班 研究成果

A05 機能創出班

単結晶二酸化バナジウムナノフレークの合成
山本 真人（関西大学システム理工学部）
E-mail: myama@kansai-u.ac.jp

二酸化バナジウム(VO2)は室温近傍で急峻な抵抗変化や透過率変化を伴う構造相転移を示すことから、トランジスタやメモリ、センサーなど多種多様なデバイスへの応用が注目されている。我々は VO2 と二次元半導体をファンデルワールスヘテロ接合させることで新奇光物性の創出と高性能電子・光デバイスへの応用を目指して研究を行っている。2022 年度は上記目標達成に向けた第一段階として、転写可能な単結晶 VO2 ナ
ノフレーク合成法の確立を行った。
VO2 は一般的には酸化物などのエピタキシャル基板を用いた薄膜成長によって得られるが、エピタキシャ
ル VO2 薄膜では作成可能なファンデルワールスヘテロ構造に制限があった。一方、化学気相成長(CVD)法によるアモルファス基板上での VO2 成長も報告されているが、CVD 合成によって得られる VO2 の多くがワイヤー状であり、やはり多様なファンデルワールスヘテロ構造を作成することが困難であった。そこで本研究では、CVD 成長時における基板－原料間の距離を最適化することによりフレーク状の VO２の合成を試みた。
基板としては熱酸化膜付きのシリコン基板を利用し、原料は VO2 粉末とした。CVD 管状炉内において粉末を置いた石英ボートの直上に基板を配置することで、Fig. 1(a)に示すようなマイクロメートルスケールのVO2 フレークを高密度で基板上に合成することに成功した。合成した VO2 フレークに対して分析拠点(光)において温度可変ラマン分光測定を行ったところ、340 K で構造相転移を示すバルク VO2 とは大きく異なり、
360 K でも絶縁相が保たれていることが分かった(Fig. 1b)。さらに、絶縁体 VO2 のラマンピークを解析した
ところ 300 K におけるピークは最安定相の M1 相に由来するものであったが、360 K では準安定相である
M2 相のピークであることが分かった。これらの実験結果は CVD 成長によって得られた VO2 フレークが歪みを受けていることを示している。
次に、CVD 合成した VO2 フレークの抵抗値の温度依存性を調べたところ、およそ 400 K で 2 桁以上の急
峻な抵抗変化を示すことが分かった(Fig. 1c)。エレクトロニクス応用の観点からみると VO2 の相転移温度はチップの動作温度より高い必要があり、今回合成した VO2 フレークは通常の VO2 より高い相転移温度をもつことからエレクトロニクスの基盤材料として適していると言える。
今回合成した VO2 フレークは、粘弾性ポリマーを用いてシリコン基板上からピックアップできることが分かったため、今後は二次元半導体と VO2 フレークのファンデルワールスヘテロ構造を作成し発光特性等の評価を行う。

Figure 1 (a) Optical image of VO2 grown by CVD on a Si/SiO2 substrate. (b) Raman spectra of CVD-grown VO2
at 300, 360, and 370 K. (c) Resistance-temperature curves of CVD-grown VO2. The arrows indicate the directionsof the temperature sweep.
【2022 年度の領域内共同研究者】
吾郷(A01), 渡邊(A01)、上野(A02)、宮田(A02)、松田(A03)83

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告.

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６．研究業績リスト

6-1. 論文-2023-(1) Anisotropic exciton drift-diffusion in a monolayer WS₂xSe₍₂₋₂x₎ alloy with a gradually changing
composition

M. Shimasaki, T. Nishihara, N. Wada, Z. Liu, K. Matsuda, Y. Miyata, Y. Miyauchi
Appl. Phys. Express, 16, 012010 (2023)

DOI: 10.35848/1882-0786/acae1a(2) Formation of a one-dimensional hole channel in MoS₂ by structural corrugation

Y. Gao, H. Nakajima, M. Maruyama, T. Taniguchi, K. Watanabe, R. Kitaura, S. Okada
Jpn. J. Appl. Phys., 62, 015001 (2023)

DOI: 10.35848/1347-4065/acaae0(3) Ion-gel-based light-emitting devices using transition metal dichalcogenides and hexagonal boron nitride
heterostructures

H. Ou, K. Oi, R. Usami, T. Endo, Y. Miyata, J. Pu, T. Takenobu
Jpn. J. Appl. Phys., 62, SC1026 (2023)

DOI: 10.35848/1347-4065/acaeb2(4) Towards pump-probe single-crystal XFEL refinements for small-unit-cell systems

L. J. Stockler, L. Krause, B. Svane, K. Tolborg, B. Richter, S. Takahashi, T. Fujita, H. Kasai, M. Sugahara, I.
Inoue, E. Nishibori, B. B. Iversen
IUCrJ, 10, 103-117 (2023)

DOI: 10.1107/S2052252522011782(5) Dynamic Lone Pair Expression as Chemical Bonding Origin of Giant Phonon Anharmonicity in
Thermoelectric InTe

J. Zhang, D. Ishikawa, M. M Koza, E. Nishibori, L. Song, A. QR Baron, B. B. Iversen
Angew. Chem. Int. Ed., 135, e202218458(1-10) (2023)

DOI: 10.1002/ange.202218458(6) Temperature-induced transformation between layered herringbone polymorphs in molecular bilayer
organic semiconductors

S. Arai, S. Inoue, M. Tanaka, S. Tsuzuki, R. Kondo, R. Kumai, T. Hasegawa
Phys. Rev. Mater., 7, 025602 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.025602(7) Intersecting multiaxial domain walls in plastic ferroelectric crystal films
Y. Uemura, S. Matsuoka, S. Arai, J. Harada, T. Hasegawa
Phys. Rev. Mater., 7, 035601 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.035601(8) s-Indacene Revisited: Modular Synthesis and Modulation of Structures and Molecular Orbitals of
Hexaaryl Derivatives

S.-J. Jhang, J. Pandidurai, C.-P. Chu, H. Miyoshi, Y. Takahara, M. Miki, H. Sotome, H. Miyasaka, S.
Chatterjee, R. Ozawa, Y. Ie, I. Hisaki, C.-L. Tsai, Y.-J. Cheng, Y. Tobe
J. Am. Chem. Soc., 145, 8, 4716-4729 (2023)

DOI: 10.1021/jacs.2c13159

85

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(9) Uniaxial Negative Thermal Expansion Induced by Molecular Rotation in One-Dimensional
Supramolecular Assembly with Associated Peculiar Magnetic Behavior

K. Takahashi, Y. Shirakawa, H. Sakai, I. Hisaki, S. Noro, T. Akutagawa, M. Nakano, T. Nakamura
J. Mater. Chem. C, 11, 1891-1898 (2023)

DOI: 10.1039/D2TC04874D(10) Electronic structure of covalent networks of triangular graphene flakes embedded in hBN
H. Zhang, M. Maruyama, Y. Gao, S.Okada
Jpn. J. Appl. Phys., 62, 025001 (2023)

DOI: 10.35848/1347-4065/acb51d(11) Unconventional gapless semiconductor in an extended martini lattice in covalent honeycomb materials
T. Mizoguchi, M. Maruyama, Y. Gao, Y. Hatsugai, S. Okada
Phys. Rev. B, 107, L121301 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L121301(12) Vapor-Phase Indium Intercalation in van der Waals Nanofibers of Atomically Thin W₆Te₆ Wires

R. Natsui, H. Shimizu, Y. Nakanishi, Z. Liu, A. Shimamura, N. T. Hung, Y.-C. Lin, T. Endo, J. Pu, I.
Kikuchi, T. Takenobu, S. Okada, K. Suenaga, R. Saito, Y. Miyata
ACS Nano, 17, 5561-5569 (2023)

DOI: 10.1021/acsnano.2c10997
プレス発表ありhttps://www.tmu.ac.jp/news/topics/35465.html(13) Observation of the photovoltaic effect in a van der Waals heterostructure

S. Zhang, M. Maruyama, S. Okada, M. Xue, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Hashimoto, Y. Miyata, R. C.Vitoria, R. Kitaura

Nanoscale, 15, 5948-5953 (2023)

DOI: 10.1039/D2NR06616E(14) Symmetry manipulation of nonlinear optical effect for metallic transition-metal dichalcogenides
R. Habara, K. Wakabayashi

Phys. Rev. B, 107, 115422 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.115422(15) Trapping and manipulating skyrmions in two-dimensional films by surface acoustic waves
Y. Miyazaki, T. Yokouchi, Y. Shiomi
Sci. Rep., 13, 1922 (2023)

DOI: 10.1038/s41598-023-29022-z(16) Giant Magnetochiral Anisotropy in Weyl Semimetal WTe₂ Induced by Diverging Berry Curvature
T. Yokouchi, Y. Ikeda, T. Morimoto, Y. Shiomi
Phys. Rev. Lett., 130, 136301 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.136301(17) Identification of OH groups on SrTiO₃(100)-(R13×R13)-R33.7° reconstructed surface by non-contact
atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy
D. Katsube, R. Shimizu, Y. Sugimoto, T. Hitosugi, M. Abe
Appl. Phys. Lett., 122, 071602 (2023)

DOI: 10.1063/5.0139493

86

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(18) A Monolayer MoS₂ FET with an EOT of 1.1 nm Achieved by the Direct Formation of a High-κ Er₂O₃
Insulator Through Thermal Evaporation

H. Uchiyama, K. Maruyama, E. Chen, T. Nishimura, K. Nagashio
Small, 1002, 2207394 (2023)

DOI: 10.1002/smll.202207394(19) Experimental verification of SO₂ and S desorption contributing to defect formation in MoS₂ by thermal
desorption spectroscopy

S. Li, T. Nishimura, M. Maruyama, S. Okada, K. Nagashio
Nanoscale Adv., 5, 405-411 (2023)

DOI: 10.1039/D2NA00636G(20) Large-area synthesis and transfer of multilayer hexagonal boron nitride for enhanced graphene device
arraysS. Fukamachi, P. S -Fernández, K. Kawahara, D. Tanaka, T. Otake, Y- C. Lin, K. Suenaga, H. Ago
Nat. Electron., 6, 126-136 (2023)

DOI: 10.1038/s41928-022-00911-x
プレス発表ありhttps://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/868(21) Pentagon-Fused Sumanenes on the Aromatic Peripheries en Route to the Bottom-Up Synthesis of
Fullerenes

H. Nakazawa, Y. Uetake, Y. Yakiyama, H. Sakurai
Synlett, 34, 374-378 (2023)

DOI: 10.1055/a-1992-0487(22) Synthesis of π-extended and bowl-shaped sumanene–ferrocene conjugates and their application in highly
selective and sensitive cesium cations electrochemical sensors

J. S. Cyniak, Ł. Kocobolska, N. Bojdecka, A. G. -Walczak, A. Kowalczyk, B. Wagner, A. Nowicka, H.
Sakurai, A. Kasprzak

Dalton Trans., 52, 3137-3147 (2023)

DOI: 10.1039/D3DT00084B(23) Application of Monoferrocenylsumanenes Derived from Sonogashira Cross-Coupling or Click Chemistry
Reactions in Highly Sensitive and Selective Cesium Cation Electrochemical Sensors

A. Kasprzak, A. G. -Walczak, A. Kowalczyk, B. Wagner, A. M. Nowicka, M. Nishimoto, M. K. Stawińska, H.
Sakurai

J. Org. Chem., 88, 4199-4208 (2023)

DOI: 10.1021/acs.joc.2c02767(24) Putting High-Index Cu on the Map for High-Yield, Dry-Transferred CVD Graphene

O. J. Burton, Z. Winter, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Beschoten, C. Stampfer, S. Hofmann
ACS Nano, 17, 1229-1238 (2023)

DOI: 10.1021/acsnano.2c09253(25) Coupled ferroelectricity and superconductivity in bilayer Td-MoTe₂

A. Jindal, A. Saha, Z. Li, T. Taniguchi, K. Watanabe, J. C. Hone, T. Birol, R. M. Fernandes, C. R. Dean, A.
N. Pasupathy, D. A. Rhodes
Nature, 613, 48-52 (2023)

DOI: 10.1038/s41586-022-05521-3

87

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(26) Magneto-Optical Chirality in a Coherently Coupled Exciton–Plasmon System
S. Vadia, J. Scherzer, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. Högele
Nano Lett., 23, 614-618 (2023)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04246(27) Aharonov–Bohm Oscillations in Bilayer Graphene Quantum Hall Edge State Fabry–Pérot Interferometers
H. Fu, K. Huang, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kayyalha, J. Zhu
Nano Lett., 23, 718-725 (2023)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c05004(28) An ultra-high vacuum system for fabricating clean two-dimensional material devices

S. Guo, M. Luo, G. Shi, N. Tian, Z. Huang, F. Yang, L. Ma, N. Z. Wang, Q. Shi, K. Xu, Z. Xu, K. Watanabe,
T. Taniguchi, X. H. Chen, D. Shen, L. Zhang, W. Ruan, Y. Zhang
Rev. Sci. Instrum., 94, 013903 (2023)

DOI: 10.1063/5.0110875(29) Electrical Interrogation of Thickness-Dependent Multiferroic Phase Transitions in the 2D
Antiferromagnetic Semiconductor NiI₂

D. Lebedev, J. T. Gish, E. S. Garvey, T. K. Stanev, J. Choi, L. Georgopoulos, T. W. Song, H. Y. Park, K.
Watanabe, T. Taniguchi, N. P. Stern, V. K. Sangwan, M. C. Hersam
Adv. Funct. Mater., 33, 2212568 (2023)

DOI: 10.1002/adfm.202212568(30) Phonon-mediated room-temperature quantum Hall transport in graphene
D. Vaquero, V. Clericò, M. Schmitz, J. A. D. -Notario, A. M. -Ramos, J. S. -Sánchez, C. S. A. Müller, K.
Rubi, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Beschoten, C. Stampfer, E. Diez, M. I. Katsnelson, U. Zeitler, S.
Wiedmann, S. Pezzini

Nat. Commun., 14, 318 (2023)

DOI: 10.1038/s41467-023-35986-3(31) Broadband enhancement of absorption by two-dimensional atomic crystals modeled as non-Hermitian
photonic scattering

X. Chen, Z. Sun, M. Zhang, M. Li, Z. Hu, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. Snoke, Z.-Y. Shi, J. Wu
Appl. Phys. Lett., 122, 041105 (2023)

DOI: 10.1063/5.0134789(32) Charge carrier density dependent Raman spectra of graphene encapsulated in hexagonal boron nitride
J. Sonntag, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Beschoten, C. Stampfer
Phys. Rev. B, 107, 075420 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.075420(33) Evidence of the Coulomb gap in the density of states of MoS₂

M. Masseroni, T. Qu, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Ihn, K. Ensslin
Phys. Rev. Research, 5, 013113 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.013113(34) Evidence for Dirac flat band superconductivity enabled by quantum geometry

H. Tian, X. Gao, Y. Zhang, S. Che, T. Xu, P. Cheung, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Randeria, F. Zhang,
C. N. Lau, M. W. BockrathNature, 614, 440-444 (2023)

88

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1038/s41586-022-05576-2(35) Thickness-Dependent Cross-Plane Thermal Conductivity Measurements of Exfoliated Hexagonal Boron
NitrideG. R. Jaffe, K. J. Smith, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. G. Lagally, M. A. Eriksson, V. W. BrarACS Appl. Mater. Interfaces, 15, 12545-12550 (2023)

DOI: 10.1021/acsami.2c21306(36) Analogy and dissimilarity of excitons in monolayer and bilayer of MoSe₂

Ł. Kipczak, A. O. Slobodeniuk, T. Woźniak, M. Bhatnagar, N. Zawadzka, K. O. -Pucko, M. Grzeszczyk, K.
Watanabe, T. Taniguchi, A. Babiński, M. R. Molas
2D Mater., 10, 025014 (2023)

DOI: 10.1088/2053-1583/acbc8b(37) Customizing Radiative Decay Dynamics of Two-Dimensional Excitons via Position- and PolarizationDependent Vacuum-Field Interference

S. Park, D. Kim, Y. -S. Choi, A. Baucour, D. Kim, S. Yoon, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Shin, J. Kim, M. K. Seo

Nano Lett., 23, 2158-2165 (2023)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04604(38) Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe₂ Monolayer

D. Huang, K. Sampson, Y. Ni, Z. Liu, D. Liang, K. Watanabe, T. Taniguchi, H. Li, E. Martin, J. Levinsen,
M. M. Parish, E. Tutuc, D. K. Efimkin, X. Li
Phys. Rev. X, 13, 011029 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011029(39) Cyclotron and magnetoplasmon resonances in bilayer graphene ratchets

E. Mönch, S. O. Potashin, K. Lindner, I. Yahniuk, L. E. Golub, V. Y. Kachorovskii, V. V. Bel’kov, R. Huber,
K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Eroms, D. Weiss, S. D. Ganichev
Phys. Rev. B, 107, 115408 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.115408(40) Layer-dependent optically induced spin polarization in InSe

J. Nelson, T. K. Stanev, D. Lebedev, T. LaMountain, J. T. Gish, H. Zeng, H. Shin, O. Heinonen, K.
Watanabe, T. Taniguchi, M. C. Hersam, N. P. Stern
Phys. Rev. B, 107, 115304 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.115304(41) Atomically thin metallic Si and Ge allotropes with high Fermi velocities

Chin-En Hsu, Yung-Ting Lee, Chieh-Chun Wang, Chang-Yu Lin, Yukiko Yamada-Takamura, Taisuke
Ozaki, and Chi-Cheng Lee

Phys. Rev. B, 107, 115410 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.115410(42) Multilayer In-Plane Heterostructures Based on Transition Metal Dichalcogenides for Advanced
Electronics

H. Ogura, S. Kawasaki, Z. Liu, T. Endo, M. Maruyama, Y. Gao, Y. Nakanishi, H. E. Lim, K. Yanagi, T.
Irisawa, K. Ueno, S. Okada, K. Nagashio, Y. Miyata
ACS Nano, 17,7, 6545-6554 (2023)

89

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1021/acsnano.2c11927(43) Sb₂Te₃/MoS₂ Van der Waals Junctions with High Thermal Stability and Low Contact ResistanceW. H. Chang, S. Hatayama, Y. Saito, N. Okada, T. Endo, Y. Miyata, T. Irisawa
Adv. Electron. Mater., 9,4, 2201091 (2023)

DOI: 10.1002/aelm.202201091
プレス発表ありhttps://www.tmu.ac.jp/news/topics/35420.html(44) Heteroepitaxial growth of CaGe₂ films on high-resistivity Si(111) substrates and its application for
germanane synthesizing

K. Okada, S. Shibayama, M. Sakashita, O. Nakatsuka, M. Kurosawa
Mater. Sci. Semicond. Process., 161, 107462 (2023)

DOI: 10.1016/j.mssp.2023.107462(45) First-principles calculation of anomalous Hall and Nernst conductivity by local Berry phase
H. Sawahata, N. Yamaguchi, S. Minami, F. Ishii
Phys. Rev. B, 107, 024404 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.024404(46) First-principles study of anomalous Hall effect and anomalous Nernst effect in Fe₂Si
T. Tominaga, N. Yamaguchi, H. Sawahata, F. Ishii
Ja. J. Appl. Phys., 62, SD1019 (2023)

DOI: 10.35848/1347-4065/acaca6(47) Persistent spin helix on a diamond surface
H.P. Kadarisman, N. Yamaguchi, F. Ishii
Appl. Phys. Express, 16, 023001 (2023)

DOI: 10.35848/1882-0786/acb486(48) Moiré phonons in graphene/hexagonal boron nitride moiré superlattice
L. P. Krisna, M. Koshino

Phys. Rev. B, 107, 115301 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevB.107.115301(49) Data cluster analysis and machine learning for classification of twisted bilayer graphene
T. Vincent, K. Kawahara, V. Antonov, H. Ago, O. Kazakova
Carbon, 201, 141-149 (2023)

DOI: 10.1016/j.carbon.2022.09.021(50) Near-Threshold Photoemission from Graphene-Coated Cu(110)C. J. Knill, H. Yamaguchi, K. Kawahara, G. Wang, E. Batista, P. Yang, H. Ago, N. Moody, S. Karkare
Phys. Rev. Appl., 19, 014015 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.014015(51) Structural analysis of graphene-capped copper by spectroscopic ellipsometry for humidity reliability
assessment

S. Nakajima, Y. Wasai, K. Kawahara, N. Nabatova-Gabain, P. Gomasang, H. Ago, H Akinaga, K. Ueno
Jpn. J. Appl. Phys., 62, SC1092 (2023)

DOI: 10.35848/1347-4065/acb77a(52) An observation of a photovoltaic effect in MoS₂ nanoribbons fabricated with a top-down approach
S. Zhang, M. Xue, F. Zeng, R. Kitaura

90

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Appl. Phys. Express, 16, 035003 (2023)

DOI: 10.35848/1882-0786/acbf9f(53) Synthesis and Characterization of Transition Metal Dichalcogenide Nanoribbons Based on a Controllable
O₂ Etching

R. Canton-Vitoria, T. Hotta, M. Xue, S. Zhang, R. Kitaura
JACS Au, 3, 3, 775 (2023)

DOI: 10.1021/jacsau.2c00536(54) Field-effect transistor antigen/antibody-TMDs sensors for the detection of COVID-19 samples
R. Canton-Vitoria, K. Sato, Y. Motooka, S. Toyokuni, Z. Liu, R. Kitaura
Nanoscale, 15, 4570 (2023)

DOI: 10.1039/D2NR06630K(55) Step electrical switching in VO₂ on hexagonal boron nitride using confined individual metallic domains
S.Genchi, S.Nakaharai, T.Iwasaki, K.Watanabe, T. Taniguchi, Y. Wakayama, A.N.Hattori, H. Tanaka
Jpn. J. Appl. Phys., 62, SG1008 (2023)

DOI: 10.35848/1347-4065/acb65b-2022-(1) Machine learning determination of the twist angle of bilayer graphene by Raman spectroscopy:
Implications for van der Waals heterostructures
P. Solis-Fernandez, H. Ago

ACS Appl. Nano Mater., , 5, 1356-1366 (2022)

DOI: 10.1021/acsanm.1c03928(2) Science of 2.5 dimensional materials: paradigm shift of materials science toward future social innovation
H. Ago, S. Okada, Y. Miyata, K. Matsuda, M. Koshino, K. Ueno, K. Nagashio
Sci. Tech. Adv. Mater., 23, 275-299 (2022)

DOI: 10.1080/14686996.2022.2062576
プレス発表ありhttps://www.asiaresearchnews.com/content/new-age-25d-materials(3) Graphene-based deep-ultraviolet photodetectors with ultrahigh responsivity using chemical vapor
deposition of hexagonal boron nitride to achieve photogating

S. Fukushima, S. Fukamachi, M. Shimatani, K. Kawahara, H. Ago, S. Ogawa
Opt. Mater. Express, 12, 2090-2101 (2022)

DOI: 10.1364/OME.457545(4) Generation of ultralong liposome tubes by membrane fusion beneath a laser-induced micro bubble ongold surfaces

C. Kojima, A. Noguchi, T. Nagai, K.-I. Yuyama, S. Fujii, Sho, K. Ueno, N. Oyamada, K. Murakoshi, T.
Shoji, Y. Tsuboi

ACS Omega, 7, 13120-13127 (2022)

DOI: 10.1021/acsomega.2c00553(5) Performance enhancement of SnS/h-BN Heterostructure p-type FET via Thermodynamically PredictedSurface Oxide Conversion Method

Y. Chang, T. Nishimura, T. Taniguchi, K. Watanabe,K. Nagashio
ACS Appl. Mater. Interfaces., 14, 17, 19928–19937 (2022)91

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1021/acsami.2c05534(6) Structure Factors and Charge Density Description of Aluminum: A Quantum Crystallographic Study
R. Pal, D. Jayatilaka, E. Nishibori

J. Phys. Chem. A , 126,12, 2042-2049 (2022)

DOI: 10.1021/acs.jpca.1c10730(7) Magnon-Coupled Intralayer Moiré Trion in Monolayer Semiconductor–Antiferromagnet
Heterostructures

Y. Zhang, H. Kim, W. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Gao, M. Maruyama, S. Okada, K. Shinokita, K.
MatsudaAdv. Mater., 34,18, 2200301 (2022)

DOI: 10.1002/adma.202200301(8) X-ray Electron Density Study of the Chemical Bonding Origin of Glass Formation in Metal–Organic
Frameworks

S. Sarkar, T. B. E. Grønbech, A. Mamakhel, M. Bondesgaard, K. Sugimoto, E. Nishibori, B. B. Iversen
Angew. Chem.Int. Ed., 61,22, e202202742 (1-7) (2022)

DOI: 10.1002/anie.202202742(9) Delayed Onset and Directionality of X-Ray-Induced Atomic Displacements Observed on Subatomic
Length Scales

I. Inoue, V. Tkachenko, K. J. Kapcia, V. Lipp, B. Ziaja, Y. Inubushi, T. Hara, M. Yabashi, E. Nishibori
Phys. Rev. Lett., 128, 223203(1-7) (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.223203

プレス発表あり(10) Imaging of isotope diffusion using atomic-scale vibrational spectroscopy

R. Senga, Y. Lin, S. Morishita, R. Kato, T. Yamada, M. Hasegawa , K. Suenaga
Nature, 603, 68-72 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-04405-w(11) Formation of a Two-Dimensional Electronic System in Laterally Assembled WTe Nanowires

H. Shimizu, J. Pu, Z. Liu, H. E. Lim, M. Maruyama, Y. Nakanishi, S. Ito, I. Kikuchi, T. Endo, K. Yanagi, Y.
Oshima, S. Okada, T. Takenobu, Y. Miyata

ACS Appl. Nano Mater., 5, 5, 6277-6284 (2022)

DOI: 10.1021/acsanm.2c00377(12) Electric-Field-Induced Metal-Insulator Transition and Quantum Transport in Large-Area Polycrystalline
MoS2 Monolayers

H. Ou, T. Yamada, M. Mitamura, Y. Edagawa, T. D. Matsuda, K. Yanagi, C.-H. Chen, L.-J. Li, T.
Takenobu, J. Pu

Phys. Rev. Mater., 6, 064005 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.064005(13) Ultrafast Singlet Fission and Efficient Carrier Transport in a Lamellar Assembly ofBis[(trialkoxyphenyl)ethynyl]pentacene

H. Sakai, K. Yoshino, Y. Shoji, T. Kajitani, J. Pu, T. Fukushima, T. Takenobu, N. V. Tkachenko, T. Hasobe
J. Phys. Chem. C, 126,22, 9396-9406 (2022)

DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c00864

92

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(14) Odd-even layer-number effect of valence-band spin splitting in WTe₂

M. Sakano, Y. Tanaka, S. Masubuchi, S. Okazaki, T. Nomoto, A. Oshima, K. Watanabe, T. Taniguchi, R.
Arita, T. Sasagawa, T. Machida, K. Ishizaka
Phys. Rev. Res., 4, 023247 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.023247
プレス発表ありhttps://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2022-06-29-002(15) Dry pick-and-flip assembly of van der Waals heterostructures for microfocus angle-resolved
photoemission spectroscopy

S. Masubuchi, M. Sakano, Y. Tanaka, Y. Wakafuji, T. Yamamoto, S. Okazaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, J.
Li, H. Ejima, T. Sasagawa, K. Ishizaka T. Machida
Sci. Rep., 12, 10936 (2022)

DOI: 10.1038/s41598-022-14845-z(16) Geometric and electronic structures of spiro-graphene comprising fused pentagons and octagons
S. Okada, N. T. Cuong, Y. Gao, M. Maruyama
J. Phys. Soc. Jpn., 91, 024602 (2022)

DOI: 10.7566/JPSJ.91.024602(17) A two-dimensional magnetic carbon allotrope of hexagonally arranged fused pentagons
M. Maruyama, Y. Gao, N. T. Cuong, S. Okada
Appl. Phys. Express, 15, 035001 (2022)

DOI: 10.35848/1882-0786/ac55e8(18) All carbon p-n border in bilayer graphene by molecular orientation of intercalated corannulene
M. Maruyama, S. Okada

J. Appl. Phys., 131, 134303 (2022)

DOI: 10.1063/5.0083616(19) Electronic structure of diamond nanowires under an external electric field
Y. Gao, S. Okada

Diam. Relat. Mater. , 125, 109029 (2022)

DOI: 10.1016/j.diamond.2022.109029(20) Continuous Fermi level tuning of Nb-doped WSe₂ under an external electric field
K. Hisama, M. Maruyama, Y. Gao, S. Okada
Jpn. J. App. Phys., 60, 065002 (2022)

DOI: 10.35848/1347-4065/ac3726(21) Electrostatic properties of two-dimensional C₆₀ polymer thin films under an external electric field
Y. Gao, M. Maruyama, S. Okada

Jpn. J. Appl. Phys., 61, 075004 (2022)

DOI: 10.35848/1347-4065/ac7762(22) Enhanced valley polarization of graphene on h-BN under circularly polarized light irradiation
K. Nakagahara, K. Wakabayashi

Phys. Rev. B, 106, 075403 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.075403(23) Directional Exciton-Energy Transport in a Lateral Heteromonolayer of Wse₂–MoSe₂

M. Shimasaki, T. Nishihara, K. Matsuda, T. Endo, Y. Takaguchi, Z. Liu, Y. Miyata, Y. Miyauchi

93

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

ACS Nano, 16, 5, 8205–8212 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c01890(24) Factors Affecting the Electrochemical Behaviors of Graphene-Like Graphite as a Positive Electrode of aDual-Ion Battery

Y. Matsuo, K. Sekito, Y. Ashida, J. Inamoto, N. Tamura
ChemSusChem, e202201127 (2022)

DOI: 10.1002/cssc.202201127(25) Switchable out-of-plane shift current in ferroelectric two-dimensional material CuInP₂S₆

Y. Zhang, R. Taniguchi, S. Masubuchi, R. Moriya, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Sasagawa, T. MachidaAppl. Phys. Lett., 120, 13103 (2022)

DOI: 10.1063/5.0074371(26) Probing dark exciton navigation through a local strain landscape in a WSe₂ monolayer

R. J. Gelly, D. Renaud, X. Liao, B. Pingault, S. Bogdanovic, G. Scuri, K. Watanabe, T. Taniguchi, B.
Urbaszek, H. Park, M. LončarNat. Commun., 13, 232 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-021-27877-2(27) Enhancing Perpendicular Magnetic Anisotropy in Garnet Ferrimagnet by Interfacing with Few-Layer
WTe₂

G. Wu, D. Wang, N. Verma, R. Rao, Y. Cheng, S. Guo, G. Cao, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. N. Lau, F.
Yang, M. Randeria, M. Bockrath, P. C. Hammel
Nano Lett., 22, 3, 1115-1121 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04237(28) Raman spectra of twisted bilayer graphene close to the magic angle

T. C. Barbosa, A. C. Gadelha, D. A. A. Ohlberg, K. Watanabe, T. Taniguchi, G. Medeiros-Ribeiro, A. Jorio,
L. C. Campos

2D Mater., 9, 1115-1121 (2022)

DOI: 10.1088/2053-1583/ac4af9(29) Nonlinear intensity dependence of photogalvanics and photoconductance induced by terahertz laser
radiation in twisted bilayer graphene close to magic angle

S. Hubmann, P. Soul, G. Di Battista, M. Hild, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. K. Efetov, S. D. Ganichev
Phys. Rev. Mater., 6, 024003 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.024003(30) Spatiotemporally controlled room-temperature exciton transport under dynamic strain
K. Datta, Z. Lyu, Z. Li, T. Taniguchi, K. Watanabe, P. B. DeotareNat. Photonics, 16, 242-247 (2022)

DOI: 10.1038/s41566-021-00951-3(31) Tunable angle-dependent electrochemistry at twisted bilayer graphene with moiré flat bands

Y. Yu, K. Zhang, H. Parks, M. Babar, S. Carr, I. M. Craig, M. Van Winkle, A. Lyssenko, T. Taniguchi, K.
Watanabe, V. Viswanathan, D. K. BediakoNat. Chem., 14, 267-273 (2022)

DOI: 10.1038/s41557-021-00865-1(32) Isospin magnetism and spin-polarized superconductivity in Bernal bilayer graphene94

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

H. Zhou, L. Holleis, Y. Saito, L. Cohen, W. Huynh, C. L. Patterson, F. Yang, T. Taniguchi, K. Watanabe, A.
F. Young

Science, 375, 774-778 (2022)

DOI: 10.1126/science.abm8386(33) Subband-resolved momentum-conserved resonant tunneling in monolayer graphene/h-BN/ABA-trilayer
graphene small-twist-angle tunneling device

Y. Seo, S. Masubuchi, M. Onodera, Y. Zhang, R. Moriya, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. MachidaAppl. Phys. Lett., 120, 083102 (2022)

DOI: 10.1063/5.0080215(34) Hybridized Exciton-Photon-Phonon States in a Transition Metal Dichalcogenide van der Waals
Heterostructure Microcavity

D. Li, H. Shan, C. Rupprecht, H. Knopf, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Qin, S. Tongay, M. Nuß, S. Schröder, F. Eilenberger, S. Höfling, C. Schneider, T. Brixner
Phys. Rev. Lett., 128, 087401 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.087401(35) Direct STM measurements of R-type and H-type twisted MoSe₂/WSe₂

R. Nieken, A. Roche, F. Mahdikhanysarvejahany, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. R. Koehler, D. G.
Mandrus, J. Schaibley, B. J. LeRoy
APL Materials, 10, 31107 (2022)

DOI: 10.1063/5.0084358(36) Visualization of Dark Excitons in Semiconductor Monolayers for High-Sensitivity Strain Sensing
S. B. Chand, J. M. Woods, E. Mejia, T. Taniguchi, K. Watanabe, G. Grosso
Nano Lett., 22, 3087-3094 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00436(37) Trion-trion annihilation in monolayer WS₂

S. Chatterjee, G. Gupta, S. Das, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Majumdar
Phys. Rev. B, 105, L121409 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L121409(38) Efficient valley polarization of charged excitons and resident carriers in Molybdenum disulfide
monolayers by optical pumping

S. Park, S. Arscott, T. Taniguchi, K. Watanabe, F. Sirotti, F. Cadiz
Commun. Phys., 5, 73 (2022)

DOI: 10.1038/s42005-022-00850-1(39) Non-invasive digital etching of van der Waals semiconductors

J. Zhou, C. Zhang, L. Shi, X. Chen, T. S. Kim, M. Gyeon, J. Chen, J. Wang, L. Yu, X. Wang, K. Kang, E.
Orgiu, P. Samorì, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Tsukagoshi, P. Wang, Y. Shi, S. Li
Nat. Commun., 13, 1844 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-29447-6(40) Imaging the effect of high photoexcited densities on valley polarization and coherence in MoS₂
monolayers

F. Cadiz, S. Gerl, T. Taniguchi, K. Watanabe
npj 2D Mater. Appl. , 6, 27 (2022)95

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1038/s41699-022-00303-x(41) A High-Quality Entropy Source Using van der Waals Heterojunction for True Random Number
Generation

N. Abraham, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Majumdar
ACS Nano, 16, 5898-5908 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.1c11084(42) Clean BN-Encapsulated 2D FETs with Lithography-Compatible Contacts

B. Liang, A. Wang, J. Zhou, S. Ju, J. Chen, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Shi, S. Li
ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 18697-18703 (2022)

DOI: 10.1021/acsami.2c02956(43) Optical absorption of interlayer excitons in transition-metal dichalcogenide heterostructures

E. Barré, O. Karni, E. Liu, A. L. O’Beirne, X. Chen, H. B. Ribeiro, L. Yu, B. Kim, K. Watanabe, T.
Taniguchi, K. Barmak, C. H. Lui, S. Refaely-Abramson, J. F. H. da, T. F. Heinz
Science, 376, 406-410 (2022)

DOI: 10.1126/science.abm8511(44) Terahertz radiation induced circular Hall effect in graphene

S. Candussio, S. Bernreuter, T. Rockinger, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Eroms, I. A. Dmitriev, D. Weiss,
S. D. Ganichev

Phys. Rev. B, 105, 155416 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.155416(45) Nanoscale solid-state nuclear quadrupole resonance spectroscopy using depth-optimized nitrogenvacancy ensembles in diamond

J. Henshaw, P. Kehayias, M. Saleh Ziabari, M. Titze, E. Morissette, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. I. A. Li,
V. M. Acosta, E. S. Bielejec, M. P. Lilly, A. M. Mounce
Appl. Phys. Lett., 120, 174002 (2022)

DOI: 10.1063/5.0083774(46) Ultrasharp Lateral p–n Junctions in Modulation-Doped Graphene

J. Balgley, J. Butler, S. Biswas, Z. Ge, S. Lagasse, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. Cothrine, D. G. Mandrus,
J. Velasco, R. Valentí, E. A. Henriksen
Nano Lett., 22, 4124-4130 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00785(47) Direct Patterning of Optoelectronic Nanostructures Using Encapsulated Layered Transition Metal
Dichalcogenides

T. K. Stanev, P. Liu, H. Zeng, E. J. Lenferink, A. A. Murthy, N. Speiser, K. Watanabe, T. Taniguchi, V. P.
Dravid, N. P. Stern

ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 23775-23784 (2022)

DOI: 10.1021/acsami.2c03652(48) Defect-assisted tunneling spectroscopy of electronic band structure in twisted bilayer
graphene/hexagonal boron nitride moiré superlattices

Y. Seo, S. Masubuchi, M. Onodera, R. Moriya, Y. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. MachidaAppl. Phys. Lett., 120, 203103 (2022)

DOI: 10.1063/5.0084996

96

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(49) Site-Specific Fabrication of Blue Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride
A. Gale, C. Li, Y. Chen, K. Watanabe, T. Taniguchi, I. Aharonovich, M. TothACS Photo, 9, 2170-2177 (2022)

DOI: 10.1021/acsphotonics.2c00631(50) Highly Nonlinear Biexcitonic Photocurrent from Ultrafast Interlayer Charge Transfer
S. Das, G. Gupta, S. Chatterjee, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Majumdar
ACS Nano, 16, 9728-9735 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c03397(51) Observation of Reentrant Correlated Insulators and Interaction-Driven Fermi-Surface Reconstructions at
One Magnetic Flux Quantum per Moir’e Unit Cell in Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene

I. Das, C. Shen, A. Jaoui, J. Herzog-Arbeitman, A. Chew, C.-W. Cho, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. A.
Piot, B. A. Bernevig, D. K. Efetov

Phys. Rev. Lett., 128, 217701 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.217701(52) Synthesis of a flexible self-standing graphene-like graphite thin film and its application to anode materials
for thin-film all-solid-state lithium-ion batteries
J. Inamoto, S. Komiyama, Y. Matsuo
Carbon Rep., 1, 142-146 (2022)

DOI: 10.7209/carbon.010304(53) Spontaneous-polarization-induced photovoltaic effect in rhombohedrally stacked MoS₂

D. Yang, J. Wu, B. T. Zhou, J. Liang, T. Ideue, T. Siu, K. M. Awan, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Iwasa,
M. Franz, Z. Ye

Nat. Photonics, 16, 469-474 (2022)

DOI: 10.1038/s41566-022-01008-9(54) Current Injection into Single-Crystalline Carbon-Doped h-BN toward Electronic and Optoelectronic
Applications

S. Ngamprapawat, T. Nishimura, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Nagashio
ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 25731-25740 (2022)

DOI: 10.1021/acsami.2c04544(55) Cascade of isospin phase transitions in Bernal-stacked bilayer graphene at zero magnetic field

S. C. de la Barrera, S. Aronson, Z. Zheng, K. Watanabe, T. Taniguchi, Q. Ma, P. Jarillo-Herrero, R. Ashoori
Nat. Phys., 18, 771-775 (2022)

DOI: 10.1038/s41567-022-01616-w(56) Resonant Tunneling between Quantized Subbands in van der Waals Double Quantum Well Structure
Based on Few-Layer WSe₂

K. Kinoshita, R. Moriya, S. Okazaki, Y. Zhang, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Sasagawa, T.
MachidaNano Lett., 22, 4640-4645 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00396(57) Isospin competitions and valley polarized correlated insulators in twisted double bilayer graphene

L. Liu, S. Zhang, Y. Chu, C. Shen, Y. Huang, Y. Yuan, J. Tian, J. Tang, Y. Ji, R. Yang, K. Watanabe, T.
Taniguchi, D. Shi, J. Liu, W. Yang, G. Zhang

97

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Nat. Commun., 13, 3292 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-30998-x(58) Electrically Tunable Localized versus Delocalized Intralayer Moiré Excitons and Trions in a Twisted
MoS₂ Bilayer

M. Dandu, G. Gupta, P. Dasika, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Majumdar
ACS Nano, 16, 8983-8992 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c00145(59) Quantum transport in CVD graphene synthesized with liquid carbon precursor

X. Yi, Q. Song, Q. Chen, C. Zhao, K. Watanabe, T. Taniguchi, Q. Chen, C. Yan, S. WangNat., 33, 355601 (2022)

DOI: 10.1088/1361-6528/ac72b1(60) Electrically Pumped Polarized Exciton-Polaritons in a Halide Perovskite Microcavity

T. Wang, Z. Zang, Y. Gao, C. Lyu, P. Gu, Y. Yao, K. Peng, K. Watanabe, T. Taniguchi, X. Liu, Y. Gao, W.
Bao, Y. Ye

Nano Lett., 22, 5175-5181 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00906(61) Spin relaxation in a single-electron graphene quantum dot

L. Banszerus, K. Hecker, S. Möller, E. Icking, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Volk, C. Stampfer
Nat. Commun., 13, 3637 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31231-5(62) Chern mosaic and Berry-curvature magnetism in magic-angle graphene

S. Grover, M. Bocarsly, A. Uri, P. Stepanov, G. Di Battista, I. Roy, J. Xiao, A. Y. Meltzer, Y. Myasoedov, K.
Pareek, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Yan, A. Stern, E. Berg, D. K. Efetov, E. ZeldovNat. Phys., 18, 885-892 (2022)

DOI: 10.1038/s41567-022-01635-7(63) Interlayer Charge Transfer and Photodetection Efficiency of Graphene--Transition-MetalDichalcogenide Heterostructures

A. Parappurath, S. Mitra, G. Singh, N. K. Gill, T. Ahmed, T. P. Sai, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. GhoshPhys. Rev. Appl., 17, 064062 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.17.064062(64) Evaluation of polyvinyl chloride adhesion to 2D crystal flakes

Y. Wakafuji, M. Onodera, S. Masubuchi, R. Moriya, Y. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Machidanpj 2D Mater. Appl. , 6, 44 (2022)

DOI: 10.1038/s41699-022-00323-7(65) Light sources with bias tunable spectrum based on van der Waals interface transistors
H. Henck, D. Mauro, D. Domaretskiy, M. Philippi, S. Memaran, W. Zheng, Z. Lu, D. Shcherbakov, C. N.
Lau, D. Smirnov, L. Balicas, K. Watanabe, T. Taniguchi, V. I. Fal’ko, I. Gutiérrez-Lezama, N. Ubrig, A. F.
Morpurgo

Nat. Commun., 13, 3917 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31605-9(66) Quantum Hall Interferometry in Triangular Domains of Marginally Twisted Bilayer Graphene

P. S. Mahapatra, M. Garg, B. Ghawri, A. Jayaraman, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. Ghosh, U. Chandni

98

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Nano Lett., 22, 5708-5714 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00627(67) Stacking-dependent exciton multiplicity in WSe₂ bilayers

Z. Li, J. Förste, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Urbaszek, A. S. Baimuratov, I. C. Gerber, A. Högele, I.
BilginPhys. Rev. B, 106, 045411 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.045411(68) Graphene Via Contact Architecture for Vertical Integration of vdW Heterostructure Devices
Y. Shin, J. Kwon, Y. Jeong, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Im, G.-H. Lee
Small, 18, 2200882 (2022)

DOI: 10.1002/smll.202200882(69) Probing the charge and heat transfer channels in optically excited graphene — transition metal
dichalcogenide hybrids using Johnson noise thermometry

A. Majumdar, S. Kakkar, N. K. Anil, T. Paul, T. Phanindra Sai, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. GhoshAppl. Phys. Lett., 121, 041103 (2022)

DOI: 10.1063/5.0099383(70) Uncovering the morphological effects of high-energy Ga+ focused ion beam milling on hBN singlephoton emitter fabrication

R. Klaiss, J. Ziegler, D. Miller, K. Zappitelli, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Alemán
J. Chem. Phys., 157, 074703 (2022)

DOI: 10.1063/5.0097581(71) Formation of moiré interlayer excitons in space and time

D. Schmitt, J. P. Bange, W. Bennecke, A. AlMutairi, G. Meneghini, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. Steil,

D. R. Luke, R. T. Weitz, S. Steil, G. S. M. Jansen, S. Brem, E. Malic, S. Hofmann, M. Reutzel, S. Mathias
Nature, 608, 499-503 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-04977-7(72) Photoluminescence of metallic single-walled carbon nanotubes: Role of interband and intrabandtransitions

T. Koyama, N. Umewaki, K. Saito, T. Tatsuno, A. Fujisaki, Y. Miyata, H. Kataura, H. Kishida
Phys. Rev. B, 106, 045421 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.045421(73) Large-Scale 1T′-Phase Tungsten Disulfide Atomic Layers Grown by Gas-Source Chemical Vapor
Deposition

M. Okada, J. Pu, Y.-C. Lin, T. Endo, N. Okada, W.-H. Chang, A. K. Augustin Lu, T. Nakanishi, T. Shimizu,
T. Kubo, Y. Miyata, K. Suenaga, T. Takenobu, T. Yamada, T. Irisawa
ACS Nano, 16, 13069-13081 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c05699(74) Efficient and Chiral Electroluminescence from In-Plane Heterostructure of Transition Metal
Dichalcogenide Monolayers

N. Wada, J. Pu, Y. Takaguchi, W. Zhang, Z. Liu, T. Endo, T. Irisawa, K. Matsuda, Y. Miyauchi, T.
Takenobu, Y. Miyata

Adv. Func. Mater., 32, 2203602 (2022)99

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1002/adfm.202203602
プレス発表ありhttps://www.tmu.ac.jp/news/topics/34874.html(75) Surface Diffusion-Limited Growth of Large and High-Quality Monolayer Transition Metal
Dichalcogenides in Confined Space of Microreactor

H. Suzuki, R. Hashimoto, M. Misawa, Y. Liu, M. Kishibuchi, K. Ishimura, K. Tsuruta, Y. Miyata, Y. Hayashi
ACS Nano, 16, 11360-11373 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c05076(76) Laser-combined multiprobe microscopy and its application to the materials with atomic layer thickness
H. Mogi, Z.-h. Wang, I. Kuroda, Y. Takaguchi, Y. Miyata, A. Taninaka, Y. Arashida, S. Yoshida, O.
Takeuchi, H. Shigekawa

Jpn. J. Appl. Phys., 61, SL1011-1-9 (2022)

DOI: 10.35848/1347-4065/ac6a3c(77) Fabrication of high-entropy REBa₂Cu₃O₇−δ thin films by pulsed laser deposition

A. Yamashita, K. Hashimoto, S. Suzuki, Y. Nakanishi, Y. Miyata, T. Maeda, Y. Mizuguchi
Jpn. J. Appl. Phys., 61, 050905 (2022)

DOI: 10.35848/1347-4065/ac5b39(78) Electrical transport properties of atomically thin Wse₂ using perpendicular magnetic anisotropy metal
contacts

S. Gupta, R. Ohshima, Y. Ando, T. Endo, Y. Miyata, M. Shiraishi
Appl. Phys. Lett., 120, 013102 (2022)

DOI: 10.1063/5.0079223(79) Ultrafast Operation of 2D Heterostructured Nonvolatile Memory Devices Provided by the Strong ShortTime Dielectric Breakdown Strength of h-BN

T. Sasaki, K. Ueno, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Nishimura, K. Nagashio
ACS Appl. Mater. Interfaces., 14, 25659–25669 (2022)

DOI: 10.1021/acsami.2c03198(80) Quantization of Mode Shifts in Nanocavities Integrated with Atomically Thin Sheets

N. Fang, D. Yamashita, S. Fujii, K. Otsuka, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Nagashio, Y. K. Kato
Adv. Opt. Mater., 10, 2200538 (2022)

DOI: 10.1002/adom.202200538(81) Is the Band Gap of Bulk PdSe₂ Located Truly in the Far Infrared Region? -Determination by Fourier
Transform Photocurrent Spectroscopy

W. Nishiyama, T. Nishimura, M. Nishioka, K. Ueno, S. Iwamoto, K. Nagashio
Adv. Photon. Res., 2200231 (2022)

DOI: 10.1002/adpr.202200231(82) Ultrafast nanoscale exciton dynamics via laser-combined scanning tunneling microscopy in atomicallythin materials

H. Mogi, Y. Arashida, R. Kikuchi, R. Mizuno, J. Wakabayashi, N. Wada, Y. Miyata, A. Taninaka, S. Yoshida,
O. Takeuchi, H. Shigekawa

npj 2D Mater. Appl., 6, 72 (2022)

DOI: 10.1038/s41699-022-00345-1
プレス発表ありhttps://www.tmu.ac.jp/news/topics/35092.html

100

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(83) Insight into the Origin of the Rapid Charging Ability of Graphene-Like Graphite as a Lithium-Ion Battery
Anode Material Using Electrochemical Impedance Spectroscopy
J. Inamoto, S. Komiyama, S. Uchida, A. Inoo, Y. Matsuo
J. Phys. Chem. C, 126, 16100–16108 (2022)

DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c04780(84) Surfactant-Assisted Isolation of Small-Diameter Boron-Nitride Nanotubes for Molding One-Dimensionalvan der Waals Heterostructures

S. Furusawa, Y. Nakanishi, Y. Yomogida, Y. Sato, Y. Zheng, T. Tanaka, K. Yanagi, K. Suenaga, S.
Maruyama, R. Xiang, Y. Miyata

ACS Nano, 16, 16636-16644 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c06067
プレス発表ありhttps://www.tmu.ac.jp/news/topics/35021.html(85) Continuous Color-Tunable Light-Emitting Devices Based on Compositionally Graded Monolayer
Transition Metal Dichalcogenide Alloys

J. Pu, H. Ou, T. Yamada, N. Wada, H. Naito, H. Ogura, T. Endo, Z. Liu, T. Irisawa, K. Yanagi, Y.
Nakanishi, Y. Gao, M. Maruyama, S. Okada, K. Shinokita, K. Matsuda, Y. Miyata, T. Takenobu
Adv. Mater., 34, 2203250 (2022)

DOI: 10.1002/adma.202203250(86) Observation and origin of isostructural donor-acceptor stacking in a family of molecular-compoundorganic semiconductors

S. Matsuoka, K. Ogawa, R. Ono, K. Nikaido, S. Inoue, T. Higashino, M. Tanaka, J. Tsutsumi, R. Kondo, R.
Kumai, H. Matsui, S. Tsuzuki, S. Arai, T. Hasegawa
J. Mater. Chem. C, 10, 16471－16479 (2022)

DOI: 10.1039/D2TC03634G(87) Signature of topological band crossing in ferromagnetic Cr₁/₃NbSe₂ epitaxial thin film

B. K. Saika, S. Hamao, Y. Majima, X. Huang, H. Matsuoka, S. Yoshida, M. Kitamura, M. Sakano, T.

Hatanaka, T. Nomoto, M. Hirayama, K. Horiba, H. Kumigashira, R. Arita, Y. Iwasa, M. Nakano, K. Ishizaka
Phys. Rev. Res., 4, L042021 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.L042021(88) Field induced electron emission from graphene nanostructures
Y. Gao, S. Okada

Nano Express, 3, 034001 (2022)

DOI: 10.1088/2632-959X/ac8822(89) Synchrotron X-ray Electron Density Analysis of Chemical Bonding in the Graphitic Carbon Nitride
Precursor Melamine

E. S. Vosegaard, M. K. Thomsen, L. Krause, T. B. E. Gronbech, A. Mamakhel, S. Takahashi, E. Nishibori,B. B. Iversen

Chem. Eur. J., 28, e202201295 (2022)

DOI: 10.1002/chem.202201295(90) Thermally responsive morphological changes of layered coordination polymers induced bydisordering/ordering of flexible alkyl chains

K. Omoto, S. Aoyama, T. Galica, E. Nishibori, S. Katao, K. Yasuhara, G. Rapenne101

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Dalton Trans., 51, 17967-17972 (2022)

DOI: 10.1039/D2DT03142F(91) Electron Density Analysis of Metal-Metal Bonding in a Ni₄ Cluster Featuring Ferromagnetic Exchange
S. S. Leiszner, K. Chakarawet, J. R. Long, E. Nishibori, K. Sugimoto, J. A. Platts, J. Overgaard
Inorg. Chem., 62, 192-200 (2022)

DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c03170(92) Multicomponent Crystals with Competing Intermolecular Interactions: In Situ X-ray Diffraction andLuminescent Features Reveal Multimolecular Assembly under Mechanochemical Conditions
Y. Yano, H. Kasai, Y. Zheng, E. Nishibori, Y. Hisaeda, T. Ono
Angew. Chem.Int. Ed., 61, e202203853(1-8) (2022)

DOI: 10.1002/anie.202203853(93) Luminescence color change of [3,4-difluoro-2,6-bis(5-methyl-2-pyridyl)phenyl-κ³N,C¹,N']cyanidoplatinum(II) by aggregation

S. Hattori, T. Nakano, N. Kobayashi, Y. Konno, E. Nishibori, T. Galica, K. Shinozaki
Dalton Trans., 51, 15830-15841 (2022)

DOI: 10.1039/d2dt02360a(94) In situ observation of a mechanically induced self-sustaining reaction for synthesis of silver
Y. Zheng, H. Kasai, S. Kobayashi, S. Kawaguchi, E. Nishibori
Mater. Adv., 4, 1005-1010 (2022)

DOI: 10.1039/D2MA00903J(95) Mixing-Induced Orientational Ordering in Liquid-Crystalline Organic Semiconductors
K. Nikaido, S. Inoue, R. Kumai, T. Higashino, S. Matsuoka, S. Arai, T. Hasegawa
Adv. Mater. Interf. , 9, 2201789 (2022)

DOI: 10.1002/admi.202201789(96) Phase-change control of anomalous Hall effect in ferromagnetic MnBi thin films
S. Zhang, Y. Miyazaki, T. Yokouchi, Y. Shiomi
Appl. Phys. Lett. , 121, 262402 (2022)

DOI: 10.1063/5.0121284(97) Lattice distortion of oxygen monolayer on Ag(111) observed by scanning probe microscopy
M. Kimura, Y. Sugimoto

Phys. Rev. B, 106, 115432 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.115432(98) Wavelength Dependence of Polarization-resolved Second Harmonic Generation from Ferroelectric SnS
Few Layers

R. Moqbel, Y.-R. Chang, Z. -Y. Li, S. -H. Kung, H. -Y. Cheng, C. -C. Lee, K. Nagashio, K. -H. Lin
2D mater., 10, 15022 (2022)

DOI: 10.1088/2053-1583/acab74(99) Patterning and doping of transition metals in tungsten dichalcogenides

Y. -C. Lin, Y. -P. Chang, K. -W. Chen, T. -T. Lee, B. -J. Hsiao, T. -H. Tsai, Y. -C. Yang, K. -I Lin, K.
Suenaga, C. -H. Chen, P. -W. Chiu

Nanoscale, 14, 16968-16977 (2022)

DOI: 10.1039/D2NR04677F

102

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(100) Twist Angle-Dependent Molecular Intercalation and Sheet Resistance in Bilayer Graphene

Y. Araki, P. S.-Fernández, Y.-C. Lin, A. Motoyama, K. Kawahara, M. Maruyama, Y. Gao, R. Matsumoto, K.
Suenaga, S. Okada, H. Ago

ACS Nano, 16, 14075-14085 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c03997(101) Seeing how ice breaks the rule
Y. Sugimoto

Science, 377, 264-265 (2022)

DOI: 10.1126/science.add0841(102) Synthesis of the C₇₀ Fragment Buckybowl, Homosumanene, and Heterahomosumanenes via RingExpansion Reactions from Sumanenone

M. Nishimoto, Y. Uetake, Y. Yakiyama, F. Ishiwari, A. Saeki, H. Sakurai
J. Org. Chem., 87, 2508-2519 (2022)

DOI: 10.1021/acs.joc.1c02416(103) Dielectric Response of Difluorinated Sumanene Caused by an In-plane Motion

M. Li, J.-Y. Wu, K. Sambe, Y. Yakiyama, T. Akutagawa, T. Kajitani, T. Fukushima, K. Matsuda, H. Sakurai
Mater. Chem. Front. , 6, 1752–1758 (2022)

DOI: 10.1039/D2QM00134A(104) Turning Dielectric Response by Co-crystallisation of Sumanene and Its Fluorinated Derivative
M. Li, X. Chen, Y. Yakiyama, J. Wu, T. Akutagawa, H. Sakurai
Chem. Commun., 58, 8950-8953 (2022)

DOI: 10.1039/D2CC02766F(105) Infrared and Laser-Induced Fluorescence Spectra of Sumanene Isolated in Solid para-Hydrogen
I. Weber, M. Tsuge, P. Sundararajan, M. Baba. H. Sakurai, Y. -P. Lee
J. Phys. Chem. A , 126, 5283-5293 (2022)

DOI: 10.1021/acs.jpca.2c02906(106) Synthesis of Sumanene-fused Acenes

H. Nakazawa, A. Ohya, Y. Morimoto, Y. Uetake, N. Ikuma, K. Okada, M. Nakano, Y. Yakiyama, H. Sakurai
Asian J. Org. Chem. , 11, e202200471 (2022)

DOI: 10.1002/ajoc.202200471(107) Sumanene-Functionalised Bis(terpyridine)-Ruthenium(II) Complexes Showing Photoinduced Structural
Change and Cation Sensing

J. Han, Y. Yakiyama, Y. Takeda, H. Sakurai
Inorg. Chem. Front, 10, 211–217 (2022)

DOI: 10.1039/D2QI01801B(108) Synthesis of Fully Substituted Sumanenes at the Aromatic Periphery through Hexabromomethylation
H. Nakazawa, Y. Uetake, Y. Yakiyama, H. Sakurai
Asian J. Org. Chem. , 12, e202200585 (2022)

DOI: 10.1002/ajoc.202200585(109) Thermodynamic Differentiation of the Two Sides of Azabuckybowl through Complexation with Square
Planar Platinum(II)M. Nishimoto, Y. Uetake, Y. Yakiyama, H. Sakurai

103

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Chem. Asian J., 18, e202201103 (2022)

DOI: 10.1002/asia.202201103(110) Acceleration Effect of Bowl-Shaped Structure in Aerobic Oxidation Reaction: Synthesis of
Homosumanene ortho-Quinone and Azaacene-Fused Homosumanenes

M. Nishimoto, Y. Uetake, Y. Yakiyama, A. Saeki, J. Freudenberg, U. H. F. Bunz, H. Sakurai
Chem. Eur. J., 29, e202203461 (2022)

DOI: 10.1002/chem.202203461(111) Large Anomalous Hall Effect Induced by Weak Ferromagnetism in the Noncentrosymmetric
Antiferromagnet CoNb₃S₆

H. Tanaka, S. Okazaki, K. Kuroda, R. Noguchi, Y. Arai, S. Minami, S. Ideta, K. Tanaka, D. Lu, M.
Hashimoto, V. Kandyba, M. Cattelan, A. Barinov, T. Muro, T. Sasagawa, T. Kondo
Phys. Rev. B, 105, L121102 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L121102(112) Giant Second Harmonic Transport under Time-reversal Symmetry in a Trigonal Superconductor
Y.M. Itahashi, T. Ideue, S. Hoshino, C. Goto, H. Namiki, T. Sasagawa, Y. Iwasa
Nature Commun., 13, 1659 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-29314-4(113) Unconventional Short-range Structural Fluctuations in Cuprate Superconductors

D. Pelc, R. J. Spieker, Z. W. Anderson, M. J. Krogstad, N. Biniskos, N. G. Bielinski, B. Yu, T. Sasagawa, L.
Chauviere, P. Dosanjh, R. Liang, D. A. Bonn, A. Damascelli, S. Chi, Y. Liu, R. Osborn, M. Greven
Scientific Reports, 12, 20483 (2022)

DOI: 10.1038/s41598-022-22150-y(114) Magnetic Phase Transitions and Magnetoelastic Coupling in a Two-Dimensional Stripy Antiferromagnet
P. Gu, Y. Sun, C. Wang, Y. Peng, Y. Zhu, X. Cheng, K. Yuan, C. Lyu, X. Liu, Q. Tan, Q. Zhang, L. Gu, Z.
Wang, H. Wang, Z. Han, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Yang, J. Zhang, W. Ji, P. -H. Tan, Y. Ye
Nano Lett., 22, 1233-1241 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04373(115) Out-of-equilibrium criticalities in graphene superlattices
A. I. Berdyugin, N. Xin, H. Gao, S. Slizovskiy, Z. Dong, S. Bhattacharjee, P. Kumaravadivel, S. Xu, L. A.
Ponomarenko, M. Holwill, D. A. Bandurin, M. Kim, Y. Cao, M. T. Greenaway, K. S. Novoselov, I. V.
Gregorieva, K. Watanabe, T. Taniguchi, V. I. Fal'ko, L. S. Levitov, R. K. Kumar, A. K. Geim
Science, 375, 430-433 (2022)

DOI: 10.1126/science.abi8627(116) Enhanced Radiative Exciton Recombination in Monolayer WS₂ on the hBN Substrate Competing with
Nonradiative Exciton–Exciton Annihilation

Y. Lee, T. T. Tran, Y. Kim, S. Roy, T. Taniguchi, K. Watanabe, J. I. Jang, J. Kim
ACS Photo, 9, 873-879 (2022)

DOI: 10.1021/acsphotonics.1c01584(117) Electron recoil effect in electrically tunable MoSe₂ monolayers

J. Zipfel, K. Wagner, M. A. Semina, J. D. Ziegler, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, A. Chernikov
Phys. Rev. B, 105, 75311 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.075311

104

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(118) Isospin order in superconducting magic-angle twisted trilayer graphene
X. Liu, N. J. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. I. A. Li
Nat. Phys., 18, 522-527 (2022)

DOI: 10.1038/s41567-022-01515-0(119) Optimizing cathodoluminescence microscopy of buried interfaces through nanoscale heterostructure
designL. Francaviglia, J. Zipfel, J. Carlstroem, S. Sridhar, F. Riminucci, D. Blach, E. Wong, E. Barnard, K.
Watanabe, T. Taniguchi, A. W. -Bargioni, D. F. Ogletree, S. Aloni, A. Raja
Nanoscale, 14, 7569-7578 (2022)

DOI: 10.1039/D1NR08082B(120) Exploring the structural and optoelectronic properties of natural insulating phlogopite in van der Waals
heterostructures

A. R. Cadore, R. d. Oliveira, R. Longuinhos, V. d. C. Teixeira, D. A. Nagaoka, V. T. Alvarenga, J. R -Soares,
K. Watanabe, T. Taniguchi, R. M. Paniago, A. Malachias, K. Krambrock, I. D. Barcelos, C. J S. d. Matos
2D Mater., 9, 035007 (2022)

DOI: 10.1088/2053-1583/ac6cf4(121) Defect-Engineered Magnetic Field Dependent Optoelectronics of Vanadium Doped Tungsten Diselenide
Monolayers

K. Nisi, J. Kiemle, L. Powalla, A. Scavuzzo, T. D. Nguyen, T. Taniguchi, K. Watanabe, D. L. Duong, M.
Burghard, A. W. Holleitner, C. Kastl

Adv. Optical Mater., 10, 2102711 (2022)

DOI: 10.1002/adom.202102711(122) Light emission properties of mechanical exfoliation induced extended defects in hexagonal boron nitride
flakesG. Ciampalini, C. V. Blaga, N. Tappy, S. Pezzini, K. Watanabe, T. Taniguchi, F. Bianco, S. Roddaro, A. F. I
Morral, F. Fabbri

2D Mater., 22, 035018 (2022)

DOI: 10.1088/2053-1583/ac6f09/meta(123) Electrically Self-Aligned, Reconfigurable Test Structure Using WSe₂/SnSe₂ Heterojunction
for TFET and MOSFET

P. Dasika, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Majumdar

IEEE Trans. Electron Devices, 69, 5377-5381 (2022)

DOI: 10.1109/TED.2022.3191991(124) Substrate influence on transition metal dichalcogenide monolayer exciton absorption linewidth
broadening

F. Shao, S. Y. Woo, N. Wu, R. Schneider, A. J. Mayne, S. M. d. Vasconcellos, A. Arora, B. J. Carey, J. A.

Preuß, N. Bonnet, M. Och, C. Mattevi, K. Watanabe, T. Taniguchi, Z. Niu, R. Bratschitsch, L. H. G. Tizei
Phys. Rev. Materials, 6, 74005 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.074005(125) WSe₂ as Transparent Top Gate for Infrared Near-Field Microscopy

N. C. H. Hesp, M. K. Svendsen, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. S. Thygesen, I. Torre, H. L. Koppens
Nano Lett., 22, 6200-6206 (2022)105

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01658(126) Transport Spectroscopy of Ultraclean Tunable Band Gaps in Bilayer Graphene

E. Icking, L. Banszerus, F. Wörtche, F. Volmer, P. Schmidt, C. Steiner, S. Engels, J. Hesselmann, M.
Goldsche, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Volk, B. Beschoten, C. Stampfer
Adv. Electron. Mater., 8, 2200510 (2022)

DOI: 10.1002/aelm.202200510(127) Uncovering Topological Edge States in Twisted Bilayer Graphene

M. F. -Deschênes, R. Pu, Y. -F. Zhou, C. Ma, P. Cheung, K. Watanabe, T. Taniguchi, F. Zhang, X. Du, F.
Xia

Nano Lett., 22, 6186-6193 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01481(128) Valley Isospin Controlled Fractional Quantum Hall States in Bilayer Graphene

K. Huang, H. Fu, D. R. Hickey, N. Alem, X. Lin, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Zhu
Phys. Rev. X, 12, 031019 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031019(129) Revealing the Thermal Properties of Superconducting Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene
G. D. Battista, P. Seifert, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. C. Fong, A. Principi, D. K. Efetov
Nano Lett., 22, 6465-6470 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04512(130) Band Gap Opening in Bilayer Graphene-CrCl₃/CrBr₃/CrI₃ van der Waals Interfaces

G. Tenasini, D. S. -Delgado, Z. Wang, F. Yao, D. Dumcenco, E. Giannini, K. Watanabe, T. Taniguchi, C.
Moulsdale, A. G. -Ruiz, V. I. Fal’ko, I. G. -Lezama, A. F. Morpurgo
Nano Lett., 22, 6760-6766 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02369(131) Quantum cascade of correlated phases in trigonally warped bilayer graphene

A. M. Seiler, F. R. Geisenhof, F. Winterer, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Xu, F. Zhang, R. T. Weitz
Nature, 608, 298-302 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-04937-1(132) Anomalous Hall effect at half filling in twisted bilayer graphene

C.-C. Tseng, X. Ma, Z. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. -H. Chu, M. Yankowitz
Nat. Phys., 18, 1038-1042 (2022)

DOI: 10.1038/s41567-022-01697-7(133) Interlayer Exciton Diode and Transistor

D. N. Shanks, F. Mahdikhanysarvejahany, T. G. Stanfill, M. R. Koehler, D. G. Mandrus, T. Taniguchi, K.
Watanabe, B. J. LeRoy, J. R. Schaibley
Nano Lett., 22, 6599-6605 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01905(134) Nuclear spin polarization and control in hexagonal boron nitride

X. Gao, S. Vaidya, K. Li, P. Ju, B. Jiang, Z. Xu, A. E. L. Allcca, K. Shen, T. Taniguchi, K. Watanabe, S. A.
Bhave, Y. P. Chen, Y. Ping, T. Li

Nat. Mater., 21, 1024-1028 (2022)

DOI: 10.1038/s41563-022-01329-8

106

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(135) Zero-field superconducting diode effect in small-twist-angle trilayer graphene

J.-X. Lin, P. Siriviboon, H. D. Scammell, S. Liu, D. Rhodes, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Hone, M. S.
Scheurer, J. I. A. Li

Nat. Phys., 18, 1221-1227 (2022)

DOI: 10.1038/s41567-022-01700-1(136) Proximity-magnetized quantum spin Hall insulator: monolayer 1 T’ WTe₂/Cr₂Ge₂Te₆

J. Li, M. Rashetnia, M. Lohmann, J. Koo, Y. Xu, X. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Jia, X. Chen, B.
Yan, Y. -T. Cui, J. Shi

Nat. Commun., 13, 5134 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-32808-w(137) Natural p–n Junctions at the MoS₂ Flake Edges
K. Wang, T. Taniguchi, K. Watanabe, J. Xue

ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 39039-39045 (2022)

DOI: 10.1021/acsami.2c09457(138) Room-temperature electrical control of polarization and emission angle in a cavity-integrated 2D pulsed
LED

J. F. G. Marin, D. Unuchek, Z. Sun, C. Y. Cheon, F. Tagarelli, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. Kis
Nat. Commun., 13, 4884 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-32292-2(139) Tunable Emission from Localized Excitons Deterministically Positioned in Monolayer p–n Junctions
E. J. Lenferink, T. LaMountain, T. K. Stanev, E. Garvey, K. Watanabe, T. Taniguchi,N. P. Stern
ACS Photo, 9, 3067-3074 (2022)

DOI: 10.1021/acsphotonics.2c00811(140) Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in a graphene photodetector
K. Yoshioka, T. Wakamura, M. Hashisaka, K. Watanabe, T. Taniguchi, N. Kumada
Nat. Photonics, 16, 718-723 (2022)

DOI: 10.1038/s41566-022-01058-z(141) Ultrafast pseudospin quantum beats in multilayer WSe₂ and MoSe₂

S. Raiber, P. E. F. Junior, D. Falter, S. Feldl, P. Marzena, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Fabian, C. Schüller
Nat. Commun., 13, 4997 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-32534-3(142) Localized interlayer excitons in MoSe₂–WSe₂ heterostructures without a moiré potential

F. Mahdikhanysarvejahany, D. N. Shanks, M. Klein, Q. Wang, M. R. Koehler, D. G. Mandrus, T.
Taniguchi, K. Watanabe, O. L. A. Monti, B. J. LeRoy, J. R. Schaibley
Nat. Commun., 13, 5354 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-33082-6(143) Exciton fine structure splitting and linearly polarized emission in strained transition-metal dichalcogenide
monolayers

M. M. Glazov, F. Dirnberger, V. M. Menon, T. Taniguchi, K. Watanabe, D. Bougeard, J. D. Ziegler, A.
Chernikov

Phys. Rev. B, 106, 125303 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125303

107

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(144) Tunable quantum criticalities in an isospin extended Hubbard model simulator

Q. Li, B. Cheng, M. Chen, B. Xie, Y. Xie, P. Wang, F. Chen, Z. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. -J.
Liang, D. Wang, C. Wang, Q. -H. Wang, J. Liu, F. Miao
Nature, 609, 479-484 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-05106-0(145) Valley Relaxation of the Moiré Excitons in a WSe₂/MoSe₂ Heterobilayer
K. Shinokita, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Matsuda
ACS Nano, 16, 16862-16868 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c06813(146) Cathodoluminescence excitation spectroscopy: Nanoscale imaging of excitation pathways

N. Varkentina, Y. Auad, S. Y. Woo, A. Zobelli, L. Bocher, J. -D. Blazit, X. Li, M. Tencé, K. Watanabe, T.
Taniguchi, O. Stéphan, M. Kociak, L. H. G. Tizei
Sci. Adv., 8, abq4947 (2022)

DOI: 10.1126/sciadv.abq4947(147) Direct observation of ultrafast singlet exciton fission in three dimensions

A. Ashoka, N. Gauriot, A. V. Girija, N. Sawhney, A. J. Sneyd, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Sung, C.
Schnedermann, A. Rao

Nat. Commun., 13, 5963 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-33647-5(148) Magnetoconductance oscillations in electron-hole hybridization gaps and valley splittings in tetralayer
graphene

I. Klanurak, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Chatraphorn, T. Taychatanapat
Phys. Rev. B, 106, L161405 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.L161405(149) Excitons at the Phase Transition of 2D Hybrid Perovskites

J. D. Ziegler, K. -Q. Lin, B. Meisinger, X. Zhu, M. K. -Czerny, P. K. Nayak, C. Vona, T. Taniguchi, K.
Watanabe, C. Draxl, H. J. Snaith, J. M. Lupton, D. A. Egger, A. Chernikov
ACS Photo, 9, 3609-3616 (2022)

DOI: 10.1021/acsphotonics.2c01035(150) Controlled large non-reciprocal charge transport in an intrinsic magnetic topological insulator MnBi₂Te₄
Z. Zhang, N. Wang, N. Cao, A. Wang, X. Zhou, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Yan, W. -b. Gao
Nat. Commun., 13, 6191 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-33705-y(151) A gate-tunable graphene Josephson parametric amplifier

G. Butseraen, A. Ranadive, N. Aparicio, K. R. Amin, A. Juyal, M. Esposito, K. Watanabe, T. Taniguchi, N.
Roch, F. Lefloch, J. Renard

Nat. Nanotech., 17, 1153-1158 (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01235-9(152) A tunable monolithic SQUID in twisted bilayer graphene

E. Portolés, S. Iwakiri, G. Zheng, P. Rickhaus, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Ihn, K. Ensslin, F. K. de Vries
Nat. Nanotech., 17, 1159-1164 (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01222-0

108

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(153) Polarized Raman spectroscopy on topological semimetal Co₃Sn₂S₂

K. Tanaka, T. Nishihara, A. Takakura, Y. Segawa, K. Matsuda, Y. Miyauchi
J. Raman Spec. , 54, 93-100 (2022)

DOI: doi.org/10.1002/jrs.6459(154) Gate-Tunable Proximity Effects in Graphene on Layered Magnetic Insulators

C. -C. Tseng, T. Song, Q. Jiang, Z. Lin, C. Wang, J. Suh, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. A. McGuire, D.
Xiao, J. -H. Chu, D. H. Cobden, X. Xu, M. Yankowitz
Nano Lett., 22, 8495-8501 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02931(155) Ultra-Sensitive Extinction Measurements of Optically Active Defects in Monolayer MoS₂

F. Sigger, I. Amersdorffer, A. Hötger, M. Nutz, J. Kiemle, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. Förg, J. Noe, J. J.
Finley, A. Högele, A. W. Holleitner, T. Hümmer, D. Hunger, C. Kastl
J. Phys. Chem. Lett., 13, 10291-10296 (2022)

DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02386(156) Spontaneous time-reversal symmetry breaking in twisted double bilayer graphene

M. Kuiri, C. Coleman, Z. Gao, A. Vishnuradhan, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Zhu, A. H. MacDonald, J.
FolkNat. Commun., 13, 6468 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-34192-x(157) Single-crystalline nanoribbon network field effect transistors from arbitrary two-dimensional materials

M. A. Aslam, T. H. Tran, A. Supina, O. Siri, V. Meunier, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kralj, C. Teichert,
E. Sheremet, R. D. Rodriguez, A. Matković
npj 2D Mater. Appl. , 6, 76 (2022)

DOI: 10.1038/s41699-022-00356-y(158) Cathodoluminescence monitoring of quantum emitter activation in hexagonal boron nitride
S. Roux, C. Fournier, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. -P. Hermier, J. Barjon, A. Delteil
Appl. Phys. Lett., 121, 184002 (2022)

DOI: 10.1063/5.0126357(159) Cavity-Enhanced 2D Material Quantum Emitters Deterministically Integrated with Silicon Nitride
Microresonators

K. Parto, S. I. Azzam, N. Lewis, S. D. Patel, S. Umezawa, K. Watanabe, T. Taniguchi, G. Moody
Nano Lett., 22, 9748-9756 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03151(160) Nanoscale infrared imaging and spectroscopy of few-layer hexagonal boron nitride
M. Takamura, K. Watanabe, T. Taniguchi, Y. Taniyasu
J. Appl. Phys., 132, 174301 (2022)

DOI: 10.1063/5.0107821(161) On-demand generation of optically active defects in monolayer WS₂ by a focused helium ion beam

A. Micevic, N. Pettinger, A. Hötger, L. Sigl, M. Florian, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Müller, J. J. Finley,
C. Kastl, A. W. HolleitnerAppl. Phys. Lett., 121, 183101 (2022)

DOI: 10.1063/5.0118697

109

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(162) Nanoscale View of Engineered Massive Dirac Quasiparticles in Lithographic Superstructures

A. J. H. Jones, L. Gammelgaard, M. O. Sauer, D. Biswas, R. J. Koch, C. Jozwiak, E. Rotenberg, A. Bostwick,
K. Watanabe, T. Taniguchi, C. R. Dean, A. -P. Jauho, P. Bøggild, T. G. Pedersen, B. S. Jessen, S. Ulstrup
ACS Nano, 16, 19354-19362 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c08929(163) Single-exciton trapping in an electrostatically defined two-dimensional semiconductor quantum dot

D. N. Shanks, F. Mahdikhanysarvejahany, M. R. Koehler, D. G. Mandrus, T. Taniguchi, K. Watanabe, B. J.
LeRoy, J. R. Schaibley

Phys. Rev. B, 106, L201401 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.106.L201401(164) Infrared photoresistance as a sensitive probe of electronic transport in twisted bilayer graphene

S. Hubmann, G. D. Battista, I. A. Dmitriev, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. K. Efetov, S. D. Ganichev
2D Mater., 10, 015005 (2022)

DOI: 10.1088/2053-1583/ac9b70(165) Exciton-polarons in the presence of strongly correlated electronic states in a MoSe₂/WSe₂ moiré
superlattice

A. J. Campbell, M. B. -Gisbert, H. Baek, V. Vitale, T. Taniguchi, K. Watanabe, J. Lischner, B. D. Gerardot
npj 2D Mater. Appl. , 6, 79 (2022)

DOI: 10.1038/s41699-022-00358-w(166) Charge Detection Using a van der Waals Heterostructure Based on Monolayer WSe₂

J. B. -Chouinard, A. Bogan, N. Fong, P. Barrios, J. Lapointe, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. L. -Mayer, L.
Gaudreau

Phys. Rev. Appl., 18, 54017 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.18.054017(167) Gate-tunable Veselago interference in a bipolar graphene microcavity

X. Zhang, W. Ren, E. Bell, Z. Zhu, K.-T. Tsai, Y. Luo, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Kaxiras, M. Luskin,
and K. WangNat. Commun., 13, 6711 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-34347-w(168) Cumulative polarization in conductive interfacial ferroelectrics

S. Deb, W. Cao, N. Raab, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Goldstein, L. Kronik, M. Urbakh, O. Hod, M. Ben
ShalomNature, 612, 465-469 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-05341-5(169) P-Type Ohmic Contact to Monolayer WSe₂ Field-Effect Transistors Using High-Electron Affinity
Amorphous MoO₃

Y. -H. Chen, K. Xing, S. Liu, L. N. Holtzman, D. L. Creedon, J. C. McCallum, K. Watanabe, T. Taniguchi,
K. Barmak, J. Hone, A. R. Hamilton, S. -Y. Chen, M. S. Fuhrer
ACS Appl. Electron. Mater., 4, 5379-5386 (2022)

DOI: 10.1021/acsaelm.2c01053(170) Interlayer Electron-Hole Friction in Tunable Twisted Bilayer Graphene Semimetal
D. Bandurin, A. Principi, I. Phinney, T. Taniguchi, K. Watanabe, P. Jarillo-Herrero

110

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Phys. Rev. Lett., 129, 206802 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.206802(171) Coherent momentum control of forbidden excitons

X. Ma, K. Kudtarkar, Y. Chen, P. Cunha, Y. Ma, K. Watanabe, T. Taniguchi, X. Qian, M. C. Hipwell, Z. J.
Wong, S. Lan

Nat. Commun., 13, 6916 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-34740-5(172) Greatly Enhanced Emission from Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride Enabled by a Low-Loss
Plasmonic Nanocavity
X. Xu, A. B. Solanki, D. Sychev, X. Gao, S. Peana, A. S. Baburin, K. Pagadala, Z. O. Martin, S. N.

Chowdhury, Y. P. Chen, T. Taniguchi, K. Watanabe, I. A. Rodionov, A. V. Kildishev, T. Li, P. Upadhyaya,
A. Boltasseva, V. M. Shalaev

Nano Lett., 23, 25-33 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03100(173) Exciton spectroscopy and unidirectional transport in MoSe₂-WSe₂ lateral heterostructures encapsulated inhexagonal boron nitride
D. Beret, I. Paradisanos, H. Lamsaadi, Z. Gan, E. Najafidehaghani, A. George, T. Lehnert, J. Biskupek, U.
Kaiser, S. Shree, A. E. -Real, D. Lagarde, X. Marie, P. Renucci, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Weber, V.
Paillard, L. Lombez, J. -M. Poumirol, A. Turchanin, B. Urbaszek
npj 2D Mater. Appl. , 6, 84 (2022)

DOI: 10.1038/s41699-022-00354-0(174) Axial-Bonding-Driven Dimensionality Effect on the Charge-Density Wave in NbSe₂

D. Lin, A. Ranjbar, X. Li, X. Huang, Y. Huang, H. Berger, L. Forró, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. V.
Belosludov, T. D. Kühne, H. Ding, M. S. Bahramy, X. Xi
Nano Lett., 22, 9389-9395 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03280(175) Hot exciton effect in photoluminescence of monolayer transition metal dichalcogenide
K. Xiao, R. Duan, Z. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, W. Yao, X. Cui
Nat Sci., 3, e20220035 (2022)

DOI: 10.1002/ntls.20220035(176) Frustrated ferromagnetic transition in AB-stacked honeycomb bilayer

S. Wang, Y. Wang, S. Yan, C. Wang, B. Xiang, K. Liang, Q. He, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Tian, H. Lei,
W. Ji, Y. Qi, Y. Wang

Science Bulletin, 67, 2557-2563 (2022)

DOI: 10.1016/j.scib.2022.12.009(177) Enhanced Field-Effect Control of Single-Layer WS₂ Optical Features by hBN Full Encapsulation

A. Di Renzo, O. Çakıroğlu, F. Carrascoso, H. Li, G. Gigli, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Munuera, A.
Rizzo, A. Castellanos-Gomez, R. Mastria, R. Frisenda
Nanomaterials, 12, 4425 (2022)

DOI: 10.3390/nano12244425(178) The study of contact properties in edge-contacted graphene–aluminum Josephson junctions111

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Z. Huang, N. Lotfizadeh, B. H. Elfeky, K. Kisslinger, E. Cuniberto, P. Yu, M. Hatefipour, T. Taniguchi, K.
Watanabe, J. Shabani, D. Shahrjerdi

Appl. Phys. Lett., 121, 243503 (2022)

DOI: 10.1063/5.0135034(179) Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetism in 2D antiferromagnet heterostructures

G. Cheng, M. M. Rahman, Z. He, A. L. Allcca, A. Rustagi, K. A. Stampe, Y. Zhu, S. Yan, S. Tian, Z. Mao, H.
Lei, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Upadhyaya, Y. P. Chen
Nat. Commun., 13, 7348 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-34812-6(180) Robust Interlayer-Coherent Quantum Hall States in Twisted Bilayer Graphene

D. Kim, B. Kang, Y. -B. Choi, K. Watanabe, T. Taniguchi, G.-H. Lee, G. Y. Cho, and Y. Kim
Nano Lett., 23, 163-169 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03836(181) Ultrafast response of spontaneous photovoltaic effect in 3R-MoS₂–based heterostructures

J. Wu, D. Yang, J. Liang, M. Werner, E. Ostroumov, Y. Xiao, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. I. Dadap, D.
Jones, Z. Ye

Sci. Adv., 8, eade3759 (2022)

DOI: 10.1126/sciadv.ade3759(182) A Gate Programmable van der Waals Metal-Ferroelectric-Semiconductor Vertical Heterojunction
MemoryW. Li, Y. Guo, Z. Luo, S. Wu, B. Han, W. Hu, L. You, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Alava, J. Chen, P.
Gao, X. Li, Z. Wei, L.-W. Wang, Y.-Y. Liu, C. Zhao, X. Zhan, Z. V. Han, H. Wang
Adv. Mater., 35, 2208266 (2022)

DOI: 10.1002/adma.202208266(183) Fabrication of near-invisible solar cell with monolayer WS₂
X. He, Y. Iwamoto, T. Kaneko T. Kato
Sci. Rep., 12, 11315 (2022)

DOI: 10.1038/s41598-022-15352-x
プレス発表ありhttps://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-

press20220712_03web_tmd.pdf(184) Scalable fabrication of graphene nanoribbon quantum dot devices with stable orbital-level spacing
T. Kato, T. Kitada, M. Seo, W. Okita, N. Sato, M. Shinozaki, T. Abe, T. Kumasaka, T. Aizawa, Y. Muto, T.
Kaneko, T. Otsuka

Commun. Mater., 3, 103 (2022)

DOI: 10.1038/s43246-022-00326-3
プレス発表ありhttps://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-

press20230106_01web_graphene.pdf(185) ortho-Substituted Aryldiazonium Design for the Defect Configuration-Controlled Photoluminescent
Functionalization of Chiral Single-Walled Carbon Nanotubes

B. Yu, S. Naka, H. Aoki, K. Kato, D. Yamashita, S. Fujii, Y. K. Kato, T. Fujigaya, T. Shiraki
ACS nano, 16, 21452–21461 (2022)

DOI: 10.1021/acsnano.2c09897

112

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

プレス発表ありhttps://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/844(186) All-dry flip-over stacking of van der Waals junctions of 2D materials using polyvinyl chloride

M. Onodera, Y. Wakafuji, T. Hashimoto, S. Masubuchi, R. Moriya, Y. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi,
and T. Machida

Sci. Rep., 12, 21963 (2022)

DOI: 10.1038/s41598-022-26193-z(187) Excitons and trions in WSSe monolayers
K. O. Pucko, E. Blundo, N. Zawadzka, S. Cianci, D. Vaclavkova, P. Kapuściński, D. Jana, G. Pettinari, M.
Felici, K. Nogajewski, M. Bartoš, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Faugeras, M. Potemski, A. Babiński, A.
Polimeni, M. R. Molas

2D Mater., 10, 015018 (2022)

DOI: 10.1088/2053-1583/aca915(188) Dirac spectroscopy of strongly correlated phases in twisted trilayer graphene

C. Shen, P. J. Ledwith, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Khalaf, A. Vishwanath, D. K. Efetov
Nat. Mater., 22, 316-321 (2022)

DOI: 10.1038/s41563-022-01428-6(189) Moiré Potential, Lattice Relaxation, and Layer Polarization in Marginally Twisted MoS₂ Bilayers
N. Tilak, G. Li, T. Taniguchi, K. Watanabe, E. Y. Andrei
Nano Lett., 23, 73-81 (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03676(190) Quasi-van der Waals Epitaxial Recrystallization of a Gold Thin Film into Crystallographically Aligned
Single Crystals

Y. Lee, Y. Chang, H. Ryu, J. H. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kim, and G.-H. Lee
ACS Appl. Mater. Interfaces, 15, 6092-6097 (2022)

DOI: 10.1021/acsami.2c18514(191) Topological invariants in two-dimensional quasicrystals
M. Koshino, H. Oka

Phys. Rev. B , 4, 013028 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.013028(192) Topological edge and corner states and fractional corner charges in blue phosphorene
T. Tani, M. Hitomi, T. Kawakami, M. Koshino
Phys. Rev. B , 105, 075407 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.075407(193) Moiré disorder effect in twisted bilayer graphene
N. Nakatsuji ,M. Koshino

Phys. Rev. B , 105, 245408 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.245408(194) Spontaneous spin-valley polarization in NbSe₂ at a van der Waals interface
H. Matsuoka, T. Habe, Y. Iwasa, M. Koshino, M.i NakanoNat. Commun. , 13, 5129 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-32810-2

プレス発表あり113

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(195) Perfect one-dimensional interface states in a twisted stack of three-dimensional topological insulators
M. Fujimoto, T. Kawakami, M. Koshino
Phys. Rev. Research, 4, 043209 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.043209(196) Topological gap labeling with third Chern numbers in three-dimensional quasicrystals
K. Yamamoto, M. Koshino

Phys. Rev. B, 105, 115410 (2022)

DOI: 10.1103/PhysRevB.105.115410(197) Fermi energy dependence of ultrafast photoluminescence from graphene
D. Inukai, T. Koyama, M. Araidai, K. Kawahara, H. Ago, H. Kishida
J. Appl. Phys., 132, 134301 (2022)

DOI: 10.1063/5.0092558(198) Carbon nanotube-based, serially connected terahertz sensor with enhanced thermal and optical
efficiencies

D. Suzuki, Y. Takida, Y. Kawano, H. Minamide, N. Terasaki
Sci. Tech. Adv. Mater., 23, 424–433 (2022)

DOI: 10.1080/14686996.2022.2090855(199) Recent Progress in Development of Carbon-Nanotube-Based Photo-Thermoelectric Sensors and Their
Applications in Ubiquitous Non-Destructive Inspections
K. Li, Y. Kinoshita, D. Sakai, Y. Kawano
Micromachines, 14, 61 (2022)

DOI: 10.3390/mi14010061(200) Trion confinement in monolayer MoSe₂ by carbon nanotube local gating

T. Hotta, H. Nakajima, S. Chiashi, T. Inoue, S. Maruyama, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Kitaura
Appl. Phys. Exp., 16, 015001 (2022)

DOI: 10.35848/1882-0786/aca642-2021-(1) Spiro-graphene: A two-dimensional metallic carbon allotrope of fused pentagons
S. Okada, N. T. Cuong, Y. Gao, M. Maruyama
Carbon 185, 404-409 (2021)

DOI: 10.1016/j.carbon.2021.09.033(2) Geometric structure and piezoelectric polarization of MoS₂ nanoribbons under uniaxial strain
Mina Maruyama, Yanlin Gao, Ayaka Yamanaka, Susumu Okada
FlatChem, 29, 100289 (2021)

DOI: 10.1016/j.flatc.2021.100289(3) Polymorphic phases of metal chlorides in the confined 2D space of bilayer graphene

Y.-C. Lin, A. Motoyama, S. Kretschmer, S. Ghaderzadeh, M. Ghorbani-Asl, Y. Araki, A. V. Krasheninnikov,
H. Ago, K. Suenaga

Adv. Mater., 33, 2105898 (2021)

DOI: 10.1002/adma.202105898(4) Coupling and decoupling of bilayer graphene monitored by electron energy loss spectroscopy

114

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Y.-C. Lin, A. Motoyama, R. Matsumoto, H. Ago, K. Suenaga
Nano Lett., 21, 10386-10391 (2021)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03689(5) Identification of the position of piezoelectric polarization at the MoS₂/metal interface
M. Umeda, N. Higashitarumizu, R. Kitaura, T. Nishimura, K. Nagashio
Appl. Phys. Express, 14 , 125002 (2021)

DOI: 10.35848/1882-0786/ac3d1f(6) Quantitative Determination of Contradictory Band Gap Values of Bulk PdSe₂ from Electrical Transport
Properties

W. Nishiyama, T. Nishimura, K. Ueno, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Nagashio
Adv. Funct. Mater., 32, 2108061 (2021)

DOI: 10.1002/adfm.202108061(7) Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K.
Miyazaki, L. Li, S. L. Shinde, M. S. L. Lima, T. Sakurai, E. Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K. Watanabe,
S. Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono, T. Kondo
J. Mater. Chem. A , 9, 24631-24640 (2021)

DOI: 10.1039/D1TA03307G(8) Single-Component Molecular ConductorーMulti-Orbital Correlated π-d Electron Systems

A. Kobayashi, B. Zhou, R. Takagi, K. Miyagawa, S. Ishibashi, A. Kobayashi, T. Kawamura, E. Nishibori, K.
KanodaBull. Chem. Soc. Jpn., 94, 2540-2562 (2021)

DOI: 10.1246/bcsj.20210230(9) Direct observation of one-dimensional disordered diffusion channel in a chain-like thermoelectric withultralow thermal conductivity

J. Zhang, N. Roth, K. Tolborg, S. Takahashi, L. Song, M. Bondesgaard, E. Nishibori, B. B. Iversen
Nat. Commun., 12, 6709 (2021)

DOI: 10.1038/s41467-021-27007-y(10) Complex Structural Disorder in a Polar Orthorhombic Perovskite Observed through the Maximum
Entropy Method/Rietveld TechniqueA. M. Manjon-Sanz, T. W. Surta, P. Mandal, A. J. Corkett, H. Niu, E. Nishibori, M. Takata, J. B. Claridge,
M. J. Rosseinsky

Chem. Mater., 34,1, 29-42 (2021)

DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01979(11) Recent Advances in Light-Emitting Electrochemical Cells with Low-Dimensional Quantum Materials
J. Pu, T. Takenobu

Journal of the Imaging Society of Japan (日本画像学会誌), 60, 656-672 (2021)

DOI: 10.11370/isj.60.656(12) Nanowire-to-Nanoribbon Conversion in Transition-Metal Chalcogenides: Implications for OneDimensional Electronics and Optoelectronics

H. E. Lim, Z. Liu, J. Kim, J. Pu, H. Shimizu, T. Endo, Y. Nakanishi, T. Takenobu, Y. Miyata
ACS Appl. Nano Mater., 5, 2, 1775-1782 (2021)

115

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

DOI: 10.1021/acsanm.1c03160(13) Improving the Optical Quality of MoSe₂ and WS₂ Monolayers with Complete h-BN Encapsulation by
High-Temperature Annealing

X. Hua, T. Axenie, M. N. Goldaraz, K. Kang, E.-H. Yang, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Hone, B. Kim, I. P.
HermanACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 2255-2262 (2021)

DOI: 10.1021/acsami.1c18991(14) A Versatile Post-Doping Towards Two-Dimensional Semiconductors
Y. Murai, S. Zhang, T. Hotta, Z. Liu, T. Endo, H. Shimizu, Y. Miyata, T. Irisawa, Y. Gao, M. Maruyama, S.
Okada, H. Mogi, T. Sato, S. Yoshida, H. Shigekawa, T. Taniguchi, K. Watanabe, R. Canton-Vitoria, R.
KitauraACS Nano, 15, 19225-19232 (2021)

DOI: 10.1021/acsnano.1c04584(15) Control of Thermal Conductance across Vertically Stacked Two-Dimensional van der Waals Materials via
Interfacial Engineering

W. Yuan, K. Ueji, T. Yagi, T. Endo, H. E. Lim, Y. Miyata, Y. Yomogida, K. Yanagi
ACS Nano, 15, 15902–15909 (2021)

DOI: 10.1021/acsnano.1c03822(16) Tuning the sumanene receptor structure towards the development of potentiometric sensors
A. Kasprzak, A. Tobolska, H. Sakurai, W. Wróblewski
Dalton Trans., 51, 468-472 (2021)

DOI: 10.1039/d1dt03467g(17) Multi-orbital edge and corner states in black phosphorene
M. Hitomi, T. Kawakami, M. Koshino
Phys. Rev. B, 104, 125302 (2021)

DOI: 10.1103/PhysRevB.104.125302(18) Interlayer Interactions in 1D Van der Waals Moiré Superlattices
S, Zhao, R.Kitaura, P. Moon, M. Koshino, F. Wang
Adv. Sci., 9, 2103460 (2021)

DOI: 10.1002/advs.202103460

6-2. 基調講演、招待講演-2023-(1) 一次元遷移金属カルコゲナイド細線の展望と課題

宮田耕充, 研究会「１次元、２次元物質科学の展望と課題」(2) 一次元二次元物質科学の展望と課題

長汐晃輔, MoS2トランジスタの発表から約10年 ー現状と将来展望ー 研究会(3) 超高真空原子間力顕微鏡を用いた局所構造解析
杉本宜昭, NanospecFY2022mini(4) 走査プローブ顕微鏡による局所構造解析

杉本宜昭, 2022年度野口遵研究助成金講演会(5) Optical properties of Far-UV luminous hexagonal boron nitride and its applications

116

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

渡邊 賢司, APS March Meeting 2023

(6) Buckybowl Chemistry: Interplay of Experiments and Theory

H. Sakurai, Pure and Applied Chemistry International Conference(7) Optical Science in Two-dimensional Material and its Hetero-structures
Kazunari Matsuda, The 11th International Workshop on 2D Materials(8) Visualization of the catalytic activity on 2D materials using scanning probe microscopy
高橋康史, 第64回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム(9) In-situ monitoring synthesis and functionalization of transition metal dichalcogenide
T. Kato, The 11th International Workshop on 2D Materials(10) 低温気相プロセスを用いた1–2次元材料の作製と量子ドットデバイス応用

T. Kato, 令和４年度 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究会「革新的気相プロセスによるナノ材料創成と高機能デバイス応用」(11) Porous Crystalline Frameworks Constructed through Intermolecular Hydrogen Bonds of Carboxy Groups
久木一朗, Kyoto Advanced Porous Science (KAPS) Symposium(12) シート状広帯域テラヘルツ・赤外撮像センサと全方位検査分析応
河野行雄, 第70回応用物理学会春季学術講演会(13) エレクトロニクス応用を目指した２.５次元物質の研究開発
吾郷浩樹, 第28回 電子デバイス界面技術研究会-2022-(1) 2.5-Dimensional Materials Science: Controlled Growth, Integration, and Applications of Graphene and hBN

H. Ago, ISPlasma2022(2) Bilayer graphene: CVD growth, machine learning-based analysis, and intercalation
H. Ago, The 9th International Workshop on 2D Materials(3) From two-dimensional materials to 2.5-dimensional materials science（二次元物質から２.５次元物質科学
へ）

吾郷浩樹, 第62回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム(4) アニオンの挿入脱離を利用したグラフェンライクグラファイトの 正極材料としての応用
松尾吉晃, 第410回電池技術委員会(5) MoS₂ FETから10年：何が解決して何が未解決なのか？
長汐晃輔, 第69回応用物理学会春季学術講演会(6) 2次元層状物質の新機能デバイスへの展開

長汐晃輔, 電子デバイス界面テクノロジー研究会，第27回研究会(7) グラフェン&2Dデバイスの現状と将来展望

長汐晃輔, システムデバイスロードマップ委員会，2021年度第5回BC, MtM合同委員会(8) Novel two-dimensional materials stabilized on substrates

Yukiko Yamada-Takamura, 9th International Workshop on 2D Materials, A3 Foresight Program(9) Monolayer in-plane heterojunction light-emitting devices with tunable composition distribution
J. Pu, A3 The 9th International Workshop on 2D Materials(10) Micro-focused ARPES study on atomically thin WTe₂ flakes
Masato Sakano, Superstripes 2022(11) 六方晶窒化ホウ素のCVD成長から２.５次元物質科学へ
117

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

吾郷浩樹, 化学工学会 反応工学部会 第36回CVDシンポジウム(12) 二次元物質から「２.５次元物質」の創出へ

吾郷浩樹, 光電相互変換第125委員会 第260回研究会「2次元層状物質のデバイス創出に向けて」(13) Science of 2.5-Dimensional Materials: Controlled Growth, Integration, and Applications of 2D Materials
H. Ago, IUMRS-ICAM2022(14) 顕微角度分解光電子分光を用いた原子層フレークの電子状態観測

坂野昌人, 日本放射光学会第14回若手研究会「次世代放射光で切り拓く軟X線科学」(15) 一次元遷移金属カルコゲナイドの成長と評価

宮田耕充, 第69回応用物理学会春季学術講演会(16) 50 Ns Ultrafast Memory Operation in 2D Heterostructured Non-Volatile Memory Device
K. Nagashio, 241st ECS Meeting, (June, 3, 2022, online).

(17) Ultrafast Memory Operation in 2D Heterostructured Non-Volatile Memory Device

K. Nagashio, The 22nd Int. Conf. on Sci & Appl. of Nanotubes and Low-dimensional Materials (NT22)(18) Novel high-k insulator deposition on 2D materials for future electronics

K. Nagashio, International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM), (September. 29,
2022, Makuhari Mess Chiba).

(19) Growth of one-dimensional transition metal chalcogenides

Yasumitsu Miyata, 12th A3 Symposium on Emerging Materials(20) Crystal Engineering of Layered Organic Semiconductors for High-Performance Printed Transistors
S. Arai, 2022 Asian Conference on Nanoscience & Nanotechnology (AsiaNANO 2022)(21) カイラル半導体テルル単体におけるスピン構造の観測
坂野昌人, カイラル物質科学の新展開(22) Layered Organic Semiconductors for High-Performance Printed Transistors

S. Arai, 13th International Conference on Nano-Molecular Electronics (ICNME2022)(23) Reconfigurable single-material Peltier effect using magnetic phase junctions

Yuki Shiomi, Young Research Leaders Group Workshop: Spins, Orbits, Charges, and Heat in Magnets(24) Consider the S vacancy formation in MoS₂

Kosuke Nagashio, A3 Foresight International Symposium 2022

(25) 原子間力顕微鏡を用いた単原子分子の計測と操作技術の開発
杉本宜昭, 日本顕微鏡学会

第78回学術講演会(26) 2.5次元物質科学に向けた六方晶窒化ホウ素の光学特性とその応用
渡邊 賢司, 2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会(27) Sumanenyl Cations as Redox-active Buckybowls
H. Sakurai, 241st ECS Meeting(28) Fullerenol as a Unique, Non-coordinative Matrix for Colloidal Metal Nanoparticles

H. Sakurai, The 4th International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic piMolecules and Materials(29) スマネン合成から２０年

櫻井英博, 第83回有機合成化学協会関東支部シンポジウム(30) 2次元層状物質および人工ヘテロ構造の光科学とその応用
Kazunari Matsuda, 日本学術振興会第125光電変換委員会(31) Optical science of moiré excitonic systems in artificial van der Waals heterostructures118

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Kazunari Matsuda, 12th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Electronics, Energy, andEnvironment(32) Optical science and application of moiré excitonic systems in two-dimensional hetero-structures

Kazunari Matsuda, The 13th Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research
Conference(33) ２.５次元物質における光科学と物性開拓

松田一成, 第16回物性科学領域横断研究会(34) Oxidation-engineering of 2D semiconductors

Mahito Yamamoto, 第63回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム(35) Growth mechanism of transition metal dichalcogenides revealed by in-situ monitoring CVD
T. Kato, The 63rd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium(36) 電解質を用いた機能性発光デバイス
蒲 江, 高分子学会

有機エレクトロニクス研究会(37) 14 族半導体ナノシートの結晶成⻑とデバイス応用

黒澤昌志, 2022年度 応用物理学会東海ニューフロンティアリサーチワークショップ・東海地区若手チャプ
タージョイントワークショップ(38) First-principles Study of Topological Thermoelectrics

石井史之, The 1st Conference on Quantum Sciences and Technology (ConQuest 2022)(39) Physics of twisted 2D materials

M. Koshino, 11th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum
Information(40) Moiré quasicrystals

M. Koshino, Pioneer Symposium in the Korean Physical Society Meeting(41) Quasicrystals in twisted 2D systems

M. Koshino, Photonics and Electromagnetics Research Symposium (PIERS) 2022(42) Physics of twisted 2D materials

M. Koshino, Brookhaven National Laboratory NSLS-II & CFN Joint Meeting ”2D materials and beyond”(43) Topological quasicrystals in twisted 2D systems

M. Koshino, NT22: 22nd International Conference on the Science and Applications of Nanotubes and LowDimensional Materials(44) Quasicrystals in twisted 2D systems

M. Koshino, 10th A3 Foresight Project Workshop“ Joint Research on Novel Physical Properties andFunctionalities of Emerging 2D Materials and van der Waals Heterostructures ”(45) Topological quasicrystals in twisted 2D systems

M. Koshino, Novel Electronic Properties of two-dimensional materials(46) Topological quasicrystals in moiré materials

M. Koshino, Pan-Pacific Workshop on Topology and Correlation in Exotic Materials(47) Physics of Graphene and moir ́e materials

M. Koshino, Novel Quantum States in Condensed Matter (NQS2022)(48) Moiré quasicrystals in twisted 2D systems

M. Koshino, Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS 2022)(49) 水素結合で分子をつなげた 多孔質構造体の構造・機能設計
久木一朗, M&BE新分野開拓研究会

119

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(50) A flexible terahertz imaging sheet for multi-view visualization and inspection

Y. Kawano, 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics(51) カーボンナノチューブ膜型フレキシブルテラヘルツ波撮像シートカメラ
河野行雄, 2022年度日本写真学会オンライン年次大会(52) A mechanically stretchable and optically broadband imager sheet

K. Li, T. Araki, T. Sekitani, Y. Kawano, 8th International Workshop on Nanocarbon Photonics andOptoelectronics(53) シート状ブロードバンド撮像センサと検査分析応用～テラヘルツ光から可視光まで～
河野行雄, 2022年度第2回プリンテッド・エレクトロニクス研究会(54) A Flexible and Stretchable Terahertz Imaging Sheet for Multi-View Visualization
Y. Kawano, 29th International Display Workshops(55) Bilayer graphene: CVD growth, machine learning-based analysis, and intercalation
H. Ago, The 9th International Workshop on 2D Materials(56) From two-dimensional materials to 2.5-dimensional materials science（二次元物質から２.５次元物質科学
へ）

吾郷浩樹, 第62回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム(57) 2.5-Dimensional Materials Science: Controlled Growth, Integration, and Applications of Graphene and hBN

H. Ago, ISPlasma2022(58) 二次元物質の魅力とこれからの展望：２.５次元物質科学への展開
吾郷浩樹, 東京大学 第7回CURIEセミナー(59) From 2D materials to 2.5D materials science

H. Ago, 第41回電子材料シンポジウム（EMS41）(60) Twist angle-dependent molecular intercalation and carrier transport in bilayer graphene
H. Ago, 12th A3 Symposium on Emerging Materials(61) From 2D materials to 2.5D materials science
H. Ago, RPGR2022(62) グラフェンの次元性拡張へ：二層グラフェンの選択成長と二次元ナノ空間、そして積層の科学
吾郷浩樹, 第49回炭素材料学会(63) Nano/micro-scale phase change electronics using functional oxides/2D material heterostructures

Hidekazu Tanaka, 35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022)(64) New memory technologies using phase change oxides

Hidekazu Tanaka, 11th imec Handai International Symposium-2021-(1) 二次元物質の高品質CVD成長とデバイス応用への展開
吾郷浩樹, 第30回 ポリマー材料フォーラム(2) 二次元物質のCVD成長と機能化

吾郷浩樹, 日本学術振興会 分子系の複合電子機能第181委員会(3) Bilayer graphene: CVD growth, machine learning-based analysis, and intercalation
H. Ago, 11th Asian Nanomaterials symposium (A3)(4) Room temperature in-plane ferroelectricity in SnS

K. Nagashio, International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2021)120

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(5) Two-dimensional tunnel FET

K. Nagashio, International Conference on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS)(6) 2次元層状物質のデバイス応用の現状と将来展望

長汐晃輔, 化学工学会エレクトロニクス部会 先端技術シンポジウム(7) Direct observation of the layer-number-dependent electronic structure in few-layer WTe₂
Masato Sakano, The 61st Fullerens-Nanotubes-Graphene General Symposium(8) Direct observation of the layer-number-dependent electronic structure in few-layer WTe₂
Masato Sakano, 5th EU-Japan Workshop on Graphene and Related 2D Materials(9) Light-Emitting Electrochemical Cells for Functional Optoelectronic Device Applications
Jiang Pu, 錯体化学会第71回討論会・シンポジウム(10) 二次元物質の成長と集積化

宮田耕充, 第82回応用物理学会秋季学術講演会(11) 遷移金属カルコゲナイド原子層の化学気相成長
宮田耕充, 第75回CVD研究会(12) Creation of a 2D electronic system with 1D wired materials

Y. Miyata, The 5th Graphene Flagship EU-Japan Workshop on Graphene and related 2D Material(13) Growth and transport properties of transition metal chalcogenide atomic wires
Y. Miyata, the 11th A3 Symposium on Emerging Materials(14) Recent Progress in Sumanene Chemistry

H. Sakurai, Symposium on Organic and Applied Chemistry(15) Physics of twisted 2D materials

M. Koshino, International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design(16) Online moiré IOP-EPS minicolloquium

M. Koshino, Topological invariants in quasicrystals

6-3. 受賞-2023-(1) The 64th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium 若手奨励賞
Haonan Wang（松田研）"Observation of a single moiré exciton in nano-fabricated twisted MoSe₂/WSe₂ heterobilayers"(2) プラズマ材料科学賞選考委員会 プラズマ材料科学賞「奨励部門賞」
加藤 俊顕"プラズマプロセスを駆使したナノカーボンエレクトロニクスに関する研究"(3) 第70回応用物理学春季学術講演会
後藤新悟 (山本研)、山本真人

第21回 JSAPフォト＆イラスト コンテスト"Phase-flavored gummy worms"(4) 第36回渋谷健一奨励賞
酒井大揮（河野研）(5) 第36回渋谷健一奨励賞
木下祐哉（河野研）(6) 第54回応用物理学会学術講演会/講演奨励賞
中島 隆一（長汐研）"表面偏析によるBi 薄膜化を利用したBi/Au コンタクトWSe₂ FET のp型動作"
121

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(7) 第54回応用物理学会学術講演会/講演奨励賞
大岩 樹（黒澤研）"高濃度n型ドープSi₁−xSnx薄膜で観測された巨大熱電能"(8) 第64回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム/
楠瀬 宏規（吾郷研）"Magnetic Tunneling Junction using CVD-grown Hexagonal Boron Nitride"(9) 第64回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム/若手奨励賞
夏井 隆佑（宮田研）"Polarized Raman spectroscopy of Indium-Intercalated Nanofibers of W₆Te₆ Atomic Wires"(10) American Physical Society（APS）/James C. McGroddy Prize for New Materials
渡邊 賢司(11) 第55回市村清新技術財団/市村学術賞 貢献賞
渡邊 賢司-2022-(1) 第62回FNTG総合シンポジウム 若手奨励賞
古澤 慎平（宮田研）

受賞"Vapor-phase synthesis of single-walled MX₂ nanotubes templated on surfactant-dispersed boron-nitride
nanotubes"(2) The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Pacific Rim, CLEO-PR 2022)
OPTICA Best Student Presentation Award
Heejun Kim（松田研）"Observation of Moiré Exciton Dynamics in Twisted MoSe₂ - WSe₂ Heterstrobilayer"(3) 第62回FNTG総合シンポジウム 若手奨励賞 ／ Nanoscale Horizons賞 受賞
Duanfei Dong（松田研）"Electrically tunable moire trions in twisted WSe₂/MoSe₂ heterobilayers"(4) 第52回 応用物理学会学術講演会
荒木 勇治（吾郷研）

講演奨励賞

受賞

"二層グラフェンのツイスト角度に依存した金属塩化物のインターカレーション"(5) 第51回 応用物理学会学術講演会
佐々木太郎（長汐研）

講演奨励賞

受賞

高速パルス電圧ストレス下におけるh-BNの強靭な絶縁破壊耐性による2Dメモリデバイスの超高速動作(6) 第61回FNTG総合シンポジウム 若手奨励賞 ／ Nanoscale Horizons賞
小林幹旺（松田研）

受賞

Optical properties of transition metal dichalcogenides with microshperical optical cavity(7) 第61回FNTG総合シンポジウム 第18回大澤奨励賞 受賞
篠北 啓介（松田研）

Novel excitonic features of moire exciton In twisted van der Waals heterostructures(8) 公益財団法人 花王 芸術・科学財団 令和４年度 花王科学奨励賞
荒井 俊人

界面電子状態制御に向けた分子膜集積エレクトロニクスの開拓(9) Asian Research Network Korea/ARN Young Scientists Awards
S. Arai

122

受賞

受賞

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

Crystal Engineering of Layered Organic Semiconductors for High Performance Printed Transistors(10) 第59回炭素材料夏季セミナー 学生優秀発表賞
榎翔也（松尾研）

グラフェンライクグラファイトのアニオン挿入脱離反応の速度論的解析(11) 第63回FNTG総合シンポジウム 若手奨励賞
小倉 宏斗（宮田研）

受賞

Fabrication and characterization of multilayer in-plane heterostructures based on transition metal dichalcoge(12) 第49回炭素材料学会年会優秀ポスター発表賞
宮本樹（松尾研）

グラフェンライクグラファイトのビス（フルオロスルホニル）アミドアニオンの挿入脱離特性の評価(13) 第51回

応用物理学会学術講演会

岡崎尚太（笹川研）

講演奨励賞

空間反転対称性の破れた磁性体 M(Nb/Ta)₃S₆ の 単結晶育成および磁気輸送特性(14) 2022堀場雅夫賞
高橋康史

触媒活性サイトの実空間イメージングに資する 電気化学セル顕微鏡の開発(15) 第35回独創性を拓く
李恒（河野研）文部科学大臣賞

しなやかな環境親和性を持つ非破壊撮像プラットフォーム(16) 8th Workshop on Nanocarbon Photonics and Optoelectronics (NPO2022 )Poster Presentation Award
酒井大揮（河野研）

The Best Young Scientist

受賞

An all-printable CNT film-type photo-thermoelectric imager(17) 近赤外研究会/優秀学生発表賞
木下祐哉（河野研）

受賞

第38回近赤外フォーラム(18) 応用物理学会フォトニクス分科会/優秀ポスター賞
酒井大揮（河野研）

受賞

第7回フォトニクスワークショップ(19) 炭素材料学会/学生優秀ポスター賞
太田頼斗（河野研）

第49回炭素材料学会年会(20) npj Quantum Materials/Reviewer of the Year
Masato Sakano

Reviewer of the Year(21) 2022年物理学分野/クラリベイト引用栄誉賞
渡邊 賢司

二次元材料の電子的挙動に関する研究に革命をもたらした、六方晶窒化ホウ素結晶の高純度化技術の開発
For fabrication of high-quality hexagonal boron nitride crystals, the availability of which enabled a
revolution in research on the electronic behavior of two-dimensional materials(22) 第59回炭素材料夏季セミナー/学生優秀発表賞
榎 翔也（松尾研）

グラフェンラクグラファイトのアニオン挿入脱離反応の速度論的解析
123

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(23) 第51回(2021年秋季)応用物理学会学術講演会/講演奨励賞
岡崎 尚太（笹川研）

空間反転対称性の破れた磁性体 M(Nb/Ta)₃S₆ の 単結晶育成および磁気輸送特性-2021-(1) RPGR2021

Best Poster Presentation Award受賞

Lim Hong En（宮田研）

Wafer-Scale Growth of 1D Transition Metal Telluride Atomic Wires(2) 第48回炭素材料学会年会 学生優秀発表賞
榎翔也（松尾研）

グラフェンライクグラファイトのアニオン挿入脱離反応の速度論的評価(3) 第16回

日本物理学会

荒井 俊人

若手奨励賞 (Young Scientist Award of the Physical Society of Japan) 受賞

ソフトマターの結晶化制御とエレクトロニクスへの応用

6-4. 書籍-2023-(1) グラフェンの物理学
越野幹人

248 (2023), 内田老鶴圃

-2022-(1) 可視光の80％を通すほぼ透明な太陽電池の開発
加藤俊顕

79 (7-10) (2022), 日本工業出版株式会社(2) 機械学習・ディープラーニングによる“異常検知”技術と活用事例集
木下祐哉，酒井大揮，李恒，河野行雄
351-361 (2022), 技術情報協会

6-5. 解説-2023-(1) 1次元遷移金属カルコゲナイド細線の気相成長
中西 勇介, リム ホンエン, 宮田 耕充

応用物理学会誌, 92, 292-296 (2023)(2) 貼り付けるだけで水溶液濃度を計測できる光センサシートの開発
李恒，河野行雄

月刊配管技術, 65, 19-27 (2023),-2022-(1) 高品質グラフェンのCVD成長と成長過程の可視化技術
吾郷浩樹, 平良隆信

表面と真空, 65, 177-183 (2022)124

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト(2) 遷移金属カルコゲナイド原子層・原子細線の化学気相成長
宮田 耕充

表面と真空, 65 巻 4 号, 196-201 (2022)(3) 二次元物質と三次元物質の間にある物性
守谷頼, 竹山慶, 笹川崇男, 町田友樹
日本物理学会誌, 77, 627 (2022),(4) カーボンナノ材料のテラヘルツ検出・撮像デバイスへの応用
酒井大揮，木下祐哉，李恒，河野行雄

月刊MATERIAL STAGE, 21, 37-44 (2022)-2021-(1) 二次元物質から２.５次元物質科学へ
吾郷浩樹

応用物理学会誌, 90, 617 (2021)

125

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

６-６. プレスリリース-2021-

2021.10.5 朝日新聞デジタル
A01 渡邊

記事「ノーベル賞受賞者も絶賛

日本生まれの小さな結晶が集める大きな注目」

https://www.asahi.com/articles/ASPB4516SP9ZULBJ01C.html-2022-

2022.5.6

asia RESEARCH NEWS

STAM誌レビュー論文に関する記事「A new age of 2.5D materials」

https://www.asiaresearchnews.com/content/new-age-25d-materials
2022.5.6

PHYS ORG

STAM誌レビュー論文に関する記事「A new age of 2.5D materials」

https://phys.org/news/2022-05-age-25d-materials.html
2022.5.6

newsmaker

STAM誌レビュー論文に関する記事「A new age of 2.5D materials」

https://www.newsmaker.com.au/news/385490/a-new-age-of-25d-materials
2022.5.7 Graphene-Info
２.５D materials記事「Japan launches a $8.5 million project to study 2.5D materials」

https://www.graphene-info.com/japan-launches-85-million-project-study-25d-materials
2022.5.9

nano-magazine

STAM誌レビュー論文に関する記事「A new age of 2.5D materials」

https://nano-magazine.com/news/2022/5/9/a-new-age-of-25d-materials
2022.5.11

共同通信PRWire

STAM誌レビュー論文に関する記事「最先端材料科学研究: 材料科学のニューフロンティア：2.5次元物質」
https://kyodonewsprwire.jp/release/202205111070
2022.5.11

NEWSRELEA.SE

STAM誌レビュー論文に関する記事「最先端材料科学研究: 材料科学のニューフロンティア：2.5次元物質」
https://newsrelea.se/GA240a126

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

2022.5.18

English Times

STAM誌レビュー論文に関する記事「2.5D materials promise new applications for electronics,AI」
2022.5.19

Institute of Materials, Minerals & Mining

STAM誌レビュー論文に関する記事「2.5D materials development project gets underway」

https://www.iom3.org/resource/2-5d-materials-development-projects-gets-underway.html
2022.6.29
A03 坂野東京大学

A02 町田

A04 笹川

A01 渡邊

研究成果

プレスリリース「２次元物質の電子構造の直接観測ー原子層の数の偶奇で大きく変わる性質を発見ー」
https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2022-06-29-002
2022.6.29
A03 坂野日本経済新聞A02 町田

A04 笹川

A01 渡邊

研究成果記事「東大、原子レベルに薄い2次元物質WTe₂の電子構造の直接観測に成功」
https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP635502_Z20C22A6000000/
2022.6.30
A03 坂野OPTRONICS ONLINE

A02 町田

A04 笹川

A01 渡邊

研究成果記事「東大ら, ２次元物質の電子構造の直接観測に成功」

https://optronics-media.com/news/20220630/77779/
2022.6.30
A03 坂野マイナビニュースTECH+

A02 町田

A04 笹川

A01 渡邊

研究成果記事「東大、原子レベルに薄い2次元物質の電子構造の直接観測に成功 」
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220630-2384773/
2022.7.14
A03 西堀EurekAlert

研究成果記事「Salutary delay in the reaction of crystal atoms to avalanche of photons」
https://www.eurekalert.org/news-releases/958798
2022.7.29
A02 宮田

科学新聞聞１面

研究成果記事「原子並みに薄い半導体材料 大面積・高品質合成に成功」

127

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

2022.8.27

EurekAlert

A02 宮田

A03 松田A04 蒲研究成果記事「Weaving atomically thin seams of light with in-plane heterostructures」
https://www.eurekalert.org/news-releases/962655
2022.10.5

東京都立大学

A02 宮田

A03 末永,柳東京大学

A01 蓬田

研究成果「無機ナノチューブの簡便な単層合成法を開発

プレスリリース～高効率な太陽電池や高活性な触媒などの開発への貢献が期待～」https://www.tmu.ac.jp/news/topics/35021.html
2022.10.6

マイナビニュースTECH+

A02 宮田

A03 末永,柳A01 蓬田研究成果記事「都立大など、無機ナノチューブの汎用的かつ簡便な単層合成法を開発」
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20221006-2473575/
2022.11.9

日本経済新聞A02 宮田

A03 末永,柳A01 蓬田研究成果記事「無機材料のナノチューブ、簡便な合成法開発

東京都立大」

https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC20AB10Q2A021C2000000/
2022.11.17

産経新聞社 公式YouTubeチャンネル SankeiNews

A05 河野研 李さん「理系の歩き方」第2回 特集「「透視カメラ」が世界的評価‼検査革命」
https://youtu.be/H5ejosi6J7M
2022.12.1

読売新聞夕刊

A01吾郷研 楠瀬さん

記事

「みんなのカガク Snap shot：実験失敗が生んだ芸術」-2023-

2023.1.6

東北大学

A01 加藤俊

研究成果

プレスリリース「グラフェン量子ドットデバイスの集積化合成技術を開発
ー次世代高性能量子コンピュータの実現に期待ー」

https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/01/press20230106-01-graphene.html
2023.1.6

日本経済新聞A01 加藤俊

研究成果記事「東北大、グラフェン量子ドットデバイスの集積化合成技術を開発」

https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP647143_W3A100C2000000/

128

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

2023.1.10

A01 加藤俊

fabcross forエンジニア
研究成果記事「グラフェン量子ドットデバイスの集積化合成技術を開発――グラフェンナノリボンを活用

東北大学」

https://engineer.fabcross.jp/archeive/220110_tohokuuniv.html
2023.1.11

A01 加藤俊

EE Times Japan
研究成果記事「グラフェンナノリボンを活用

量子ドットデバイスを集積化合成する技術を開発」

https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2301/11/news036.html
2023.1.24

A01 加藤俊

MIT Technology Review
研究成果記事「グラフェン量子ドットの集積化合成に成功、量子ビット応用に期待」
https://www.technologyreview.jp/n/2023/01/24/297160/
2023.2.7

A01 吾郷

九州大学

大阪大学

産総研

JST

A03 末永, Lin 研究成果 プレスリリース「 六⽅晶窒化ホウ素の⼤⾯積合成とグラフェン集積デバイスを実現
⼤きな絶縁性⼆次元材料で半導体産業の未来へ貢献」
https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/868/
2023.2.8

A01 吾郷EE Times Japan

A03 末永, Lin 研究成果記事「九州大ら、グラフェンデバイスの特性を大きく向上」

https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2302/08/news060.html
2023.2.8

A01 吾郷時事ドットコムニュース

A03 末永, Lin 研究成果記事「六方晶窒化ホウ素を大面積合成

電気通さない極薄シート―次世代半導体など貢献期待・九大や阪大」

https://www.jiji.com/jc/article?k=2023020800718&g=soc
2023.2.9

A01 吾郷日刊工業新聞ニュースイッチ

A03 末永, Lin 研究成果記事「次世代半導体の量産技術確立へ一歩、九大が六方晶窒化ホウ素とグラフェンの大面積積層技術を開発」

129

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

６．研究業績リスト

2023.2.10
A02 宮田東京都立大学

研究成果

プレスリリース「ロジック半導体の性能向上のカギとなるトランジスタ材料を開発
ー2 次元材料 MoS₂と層状 Sb₂Te₃での低コンタクト抵抗の実現ー」

https://www.tmu.ac.jp/extra/download.html?d=assets/files/download/news/press/20230210_TMU
press.pdf
2023.2.10
A02 宮田日本経済新聞研究成果記事「産総研、ロジック半導体の性能向上の鍵となるトランジスタ材料を開発」
https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP649206_Q3A210C2000000/
2023.3.3

A02 宮田

共同通信PRWire
A01 岡田

A03 末永, LinA04 蒲研究成果記事「無機ナノファイバーに金属原子を挿入する技術を開発～次世代のエレクトロニクス応用に期待～」

https://kyodonewsprwire.jp/release/202303023533
2023.3.4

A02 宮田EurekAlert
A01 岡田

A03 末永, LinA04 蒲研究成果記事「Scientists thread rows of metal atoms into nanofiber bundles」

https://www.eurekalert.org/news-releases/981243

130

２.５次元物質科学

2021-2022活動報告

.

131

７. ニュースレター

7-１
ニュースレター Vol. 1 （2022.3.15 発行）

132

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 2 （2022.3.25 発行）

133

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 3 （2022.5.11 発行）

134

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 4 （2022.7.7 発行）

135

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 5 （2022.7.14 発行）

136

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 6 （2022.8.30 発行）

137

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 7 （2022.9.22 発行）

138

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 8 （2022.11.22 発行）

139

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 9 （2022.12.15 発行）

140

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 10 （2023.1.12 発行）

141

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

ニュースレター Vol. 11 （2023.1.16 発行）

142

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

７. ニュースレター

7-2
ニュースレター特別号

チラシ

ニュースレター 特別号

連載マンガ「２.５次元研究室へようこそ」

https://25d-materials.jp/outreach/newsletter_manga/143

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

.

144

８. アウトリーチ活動

８. アウトリーチ活動
８-１ A01 吾郷と A05 大野による高校生への支援協力
日本政策金融公庫主催の第 10 回高校生ビジネスプラン・グランプリに出場する洗足学園高等学校の高校生の雨滴発電に着目したビジネスプラン「傘による発電システムの開発、提供「あんぶらいと」」へのアドバイスを行った。これは A05 大野と A01 吾郷の成果を基にしたアイデアであることから両者が協力した。2023 年 1 月 8 日に開催された最終審査会でのプレゼンテーションでは提供した動画が紹介され、洗足学園高等学校は審査員特別賞を受賞した。

第 10 回 高校生ビジネスプラン・グランプリ 開催結果｜日本政策金融公庫 (外部リンク)

８-２ A04 高村による石川県の高校理科部向け講演会
石川県高等学校文化連盟の依頼で、県内の理科部に所属する高校生 168 名と引率の先生が参加した講演会において「ケイ素でできた二次元材料「シリセン」の科学」の題目で講演を行い、本領域の取り組みについても紹介した。
日時：2022 年 11 月 11 日
場所：石川県立金沢泉丘高等学校

145

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

８. アウトリーチ活動

８-３ 領域代表 吾郷によるサイエンスカフェ
九州大学と大野城市との連携イベント「ここふるサイエンスカフェ」において、領域代
表の吾郷が講師をつとめ、36 名の参加者にグラフェンを通じた科学の世界を体験していただくとともに本領域の活動内容について紹介した。
日時：2023 年 3 月 3 日（金）19:00～20:30
場所：大野城心のふるさと館

146

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

.

147

９. 海外派遣報告

９. 海外派遣報告
A03 西堀研 高橋 聖弥さん（筑波大学 物理学学位プログラム D1）
派遣期間：2022 年 9 月 19 日～2022 年 12 月 7 日
派遣先：オーフス大学（デンマーク）「２.５次元物質科学」領域の支援を受けて、2022 年 9 月から 12 月の約 3 か月間、デン
マーク・オーフス大学へ留学しました。
以前より西堀研と国際共同研究を盛んに行っていた化学科の Bo Brummerstedt Iversen 教授の研究グループで、２.５次元物質における原子層の乱れの観測のための解析技術を習得してきました。
西堀研と Iversen 研の間では、2018 年に大型放射光施設 SPring-8 の X 線単結晶回折法による層状化合物 TiS₂の精密電子密度分布の測定、2022 年にグラファイト状 窒化炭素の放射光 X 線単結晶回折法による精密電子密度解析により面内外の化学結合及び相互作用を観測するなど、２.５次元物質と関連する層状化合物の共同研究を行ってきています。

Iversen 教授の研究グループには教授の他にポスドクが 4 名、PhD が 13 名在籍最初に購入した直行便のチケットがロシア－ウクライナ間の戦争の影響によりフライト
がキャンセルとなり急遽乗り継ぎ便を手配するなど、今回は COVID-19 とウクライナ情勢のため、準備・渡航の手続きが複雑で大変でした。デンマークでは空港などの混雑した場所
でさえ、マスクを着けている人がほとんどいないことに衝撃を受けました。
留学中はオーフス大学の学生宿舎に宿泊しました。寮はトイレやシャワールームを含め男女混合で、ジェンダーバランスに配慮されていました。デンマーク人は非常に友好的で、寮では“Common dinner”と呼ばれる食事会や、毎週金曜日には大学内の至る所で”Friday
Bar“と呼ばれるイベントが開催されました。Friday Bar は学生が運営するバーで、お酒を飲みながら研究の話や、雑談をしたり、ボードゲームを楽しんだりしました。

148

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

９. 海外派遣報告

オーフス大学の学生宿舎

Common dinner の様子

Friday Bar の様子

11 月下旬に放射光施設 MAXIV のビームライン DanMAX で水熱合成その場観察実験を行いました。参加者は私を含めて 5 人で、合計 7 日間、昼間と夜間のシフトに分け、12 時間交代で測定に臨みました。加熱・加圧下での試料の合成中に X 線回折を行い、合成中の粒子の成長過程の測定を行いました。私は実験装置の制御と、試料の交換を担当しました。

実験装置の制御の様子

試料交換の様子

右側から左に向かって X 線が入射、赤い丸で示した試料で回折した X 線を左側の検出器で観測

留学中は二体分布関数(PDF)法による層状化合物の SrMn₂P₂のデータを元に構造解析に取り組みました。二体分布関数では物質内の局所構造（ある原子から見た隣接原子までの配位距離、配位数など）を解析することができます。SrMn₂P₂は空間群 P-3m1 の六方晶で、c軸方向に Sr の層と Mn 及び P の層が交互に積層した層状化合物です。PDF 法により得た物質の構造パラメータを Rietveld 法により得た構造パラメータと比較しました。二体分布関数による構造解析は、筑波大学で私が行っている研究テーマにも利用可能な方法であり、今後の研究に取り入れて発展させていきたいと考えています。
今回、このような貴重な機会を与えていただいた西堀先生、Iversen 先生、そして大学や領域をはじめとする関係の皆様に御礼申し上げます。

149

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

150

１０. 共同利用拠点

１０. 共同利用拠点
１０-１ 共同利用拠点一覧「２.５次元物質科学」領域では、領域研究を一体的に推進するため、領域内の研究者および学生が無償で利用できる共同利用拠点を全国 5 カ所に設置している。
各拠点における装置や運用方法については、以下の表の通り。
「２.５次元物質科学」領域 共同利用拠点一覧
拠点
合成拠点
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

集積拠点
東京大学
生産技術研究所
町田研究室
東京大学
マテリアル工学専攻
長汐研究室

分析拠点（光）京都大学
エネルギー理工学研
究所
松田研究室

分析拠点
（構造）
北陸先端科学技術大
学院大学
マテリアルサイエン
ス系
高村研究室

装置

運用方法

CVD 合成装置、およびその関連装置

サンプル提供を中心とする（希望される方には一緒に合成を行うことも可能）

２.５次元物質の基本材料となるグラフェン（単層・二層）、六方晶窒化ホウ素（単層・多層）、
遷移金属ダイカルコゲナイド（単層 MoS2,
WS2）の CVD 合成が可能
二次元物質積層システム

研究室に来てもらい、研究員の協力の下で２.５次元物質を作製剥離した各種二次元材料を大気中または不活性雰
囲気下でファンデルワールス積層して２.５次元物質を作製する
深層学習による原子層探索も可能
温度可変先端分
光装置およびその関連装置

サンプルを預かって測定（希望される方には一緒に測定を行うことも可能）

遷移金属ダイカルコゲナイド（単層 MoS2, WSe2など）などの低次元半導体とそれらの２.５次元物
質、および有機・無機半導体材料の分光・時間分
解分光など（分光法については相談可）
超高真空走査プ
ローブ顕微鏡お
よび透過電子顕微鏡

サンプルを預かって測定（希望される方には一緒に測定を行うことも可能・学生や研究員の滞在も歓迎）

２.５次元物質の走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡による表面構造観察、および透過電子顕
微鏡内での加熱や電流・電圧測定と微細構造同時
観察など

151

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告

１０. 共同利用拠点

１０-２ 共同利用拠点 利用状況
4 月と 10 月の半期ごとに、各拠点における利用状況調査を実施している。
領域発足からの半期ごとの利用回数は上昇傾向にあることから、共同利用拠点を利用した領域内共同研究が活発化し、本領域の研究活動に大きく貢献していることがわかる。

152

２.５次元物質科学

2021-2022 活動報告