グラフェンでは実現できない機能発現を目指して、組成、構造の多様性を備えた二次元半導体ナノシートの創成に取り組んでいます。
2004年のグラフェン発見以降、二次元ナノシートの創製と機能開発に関する研究が急速に進展し、材料科学における重要な研究分野となっています。本研究では、ボトムアップ型の合成手法である液体金属法を用いて、原子層レベルの厚みを有する新規二次元半導体ナノシートの合成技術の開発と光電変換デバイスへの応用を進めています。
原子レベルの厚さを持つ二次元半導体ナノシートは、その構造的特徴から従来のバルク材料や薄膜とは異なる機能を示し、エレクトロニクスや環境・エネルギー分野などでの応用が期待されています。これらのナノシートは主に層状化合物の単層剥離によって作られますが、従来の方法では得られるサイズが数百ナノメートルから数マイクロメートルと小さく、大量生産や実用化には適していません。また、非層状化合物の合成には適さず、材料や機能の選択肢が限られていました。こうした課題を克服するために、より多様な材料合成が可能なボトムアップ合成法が注目されています。
ボトムアップ合成では、組成、構造の自由な設計が可能であり、非層状化合物の酸化物や金属のナノシートの合成も可能です。本研究では、その一手法である液体金属法に着目しました。この方法では、液体金属表面に形成される酸化膜に基板を接触させることで、基板との間に生じるファンデルワールス力を利用することにより、大面積で二次元酸化膜を基板上に剥離することができます。本研究では、液体金属スズ表面に形成される極薄の酸化第一スズ（SnO）を基板へ直接転写することにより、二次元SnOナノシートを大面積合成することに成功しました。原子レベルの厚さを持つ二次元SnOナノシートは、グラフェンにはない半導体特性を示すことを確認しました。また二次元SnOナノシートに電極を付けて紫外光を照射すると光電流を生じることが分かり、光センサーなど光電変換デバイスへ応用可能であることが示されました。
具体的には、以下のような研究に結びつくと考えられます。
・異なる二次元金属酸化物ナノシートを積層した高性能なpn接合型光センサーの開発
・二次元金属酸化物ナノシートをキャリア輸送層に用いたペロブスカイト太陽電池の開発
| 研究情報 | |
|---|---|
| ジャーナル | Extended Abstracts of the 2025 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (2025) |
| タイトル | Liquid–metal-based Synthesis of SnO Nanosheets and Application to Transparent Ultraviolet Photodetectors |
| 著者 | Shunjiro Fujii, Haruya Hibi, Naoki Fukumuro |
| URL | https://ssdm.jp/ |
| ジャーナル | Key Engineering Materials 73, 978 (2024) |
| タイトル | Fabrication of Liquid-Metal Printed 2D Tin Oxide Nanosheets for Optoelectronic Applications |
| 著者 | Shunjiro Fujii |
| URL | https://www.scientific.net/KEM.978.73 |
