研究内容

遷移金属カルコゲナイド

層状物質である遷移金属カルコゲナイド(TMDC)はグラファイトと同様に究極の2次元材料として注目されています。 とりわけ、TMDCは遷移金属とカルコゲン原子の組み合わせにより金属、半導体、超伝導と幅広い物性を示すことからデバイスへの応用研究が盛んに行われています。当研究室では、気相輸送法（上図、教授の博士論文）やブリッジマン法による単結晶成長（下図）により物性研究や薄膜成長の基板として使用可能な単結晶を作製できます。

我々は独自に開発したCVD装置を用いて、MoS₂膜とNbS₂膜の作製に取り組んできました(左図）。高品質な単層MoS₂を作製することが可能で、NbS₂は電荷密度波を示すことを確認しました。さらに偶然発見したMoS₂ナノチューブを、現在ではFeOナノ粒子を触媒に用いて制御よく合成できるようにもなっています（右図）。

最近の関連論文

Synthesis of Epitaxial MoS₂/MoO₂ Core–Shell Nanowires by Two-Step Chemical Vapor Deposition with Turbulent Flow and Their Physical Properties
ACS Omega 7, 39362-39369(2022).

Synthesis of Mo_1-xNb_xS₂ thin films by separate-flow chemical vapor deposition with chloride sources
Thin Solid Films 649, 1671-176(2018).

Chemical Vapor Deposition of NbS₂ from a Chloride Source with H₂ Flow: Orientation Contraol of Ultrathin Crystals Directly Grown on SiO₂/Si Substrate and Charge Wave Transition
Crystal Growth & Design 16, 4467–4472(2016); doi:10.1021/acs.cgd.6b00601.

有機半導体

有機半導体は、分子＝完全に構造の定義されたナノ単位によってできた固体であり、有機物の柔らかさが物性に反映する、他に例を見ない物質系であることが明らかになってきています。我々は、結晶成長の精密制御、電子分光、計算化学、輸送物性測定等を通じて有機半導体の最高性能を追求するとともに、新しい現象を探索しています。最近では難溶性のπ共役分子の新規単結晶育成法[ナフタレンフラックス法]を開発し、BBQPPと呼ばれる分子の単結晶育成に世界で初めて成功しました。

最近の関連論文

Pitched π-stacking crystal structure and two-dimensional electronic structure of acenaphtho[1,2-k]fluoranthene analogues with various substituents　
Crystal Growth & Design 24, 1849-1856 (2024).

Single Crystal Growth of Cyclopenta-Fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbon by the Naphthalene Flux Method:2D Ambipolar Charge Transport Properties and NIR Absorption　
ACS Applied Electronic Materials, 5, 6266-6274 (2023).

Single crystal growth, structural analysis and electronic band structure of a nitrogen-containing polyacene BBQPP
Jpn. J. Appl. Phys., 58, SBBG13 (2019).

ナノ構造をもつ炭素固体および金属炭化物

炭素の固体化学には高エネルギー・高温を要するため、未開拓の広大な領域が残されています。我々は、高圧装置、　プラズマ（マイクロ波、RF）、アルカリ金属、電気化学、新しい触媒などを用いた特殊な反応制御を用いてナノ構造を制御した炭素固体および金属炭化物の開発に取り組んでいます。

最近の関連論文

Ultrahigh pressure-induced modification of morphology and performance of MOF-derived Cu@C electrocatalysts
Nanoscale Advances 5, 493-502 (2023).

Interaction between alkali metals and diamond: Etching and charge states of NV centers
Carbon 182, 585-592 (2021).

計算化学

計算機の発達により、研究室レベルでも複雑な物質に関する有用な計算が行えるようになっており、固体物性の予測、固体のかかわる反応および結晶成長のシミュレーション等が可能です。我々は研究室の約10台の計算機やスーパーコンピュータ上のいろいろな計算パッケージを使うだけでなく、自分たちでコードも書き、実験結果の原子レベルの理解、物性予測、新しい解析法開発などの研究を行っています。

単層MoS₂の融解 (LAMPPS-ReaxFF-Ovito)



仮想的超硬物質ナノ粒子が三層グラフェンを貫通する様子 Gaussian16-Jmol


有機半導体フタロシアニンの薄膜成長（共蒸着） LAMMPS-Ovito


有機導体のHOMOとLUMO VASP-Origin (愛媛大内藤先生との共同研究)

最近の関連論文

Nearly three-dimensional Dirac fermions in an organic crystal line material unveiled by electron spin resonance
Materials Advances 5, 1492-1501 (2023).

Molecular dynamics simulation of poly (ether ether ketone) (PEEK) polymer to analyze intermolecular ordering by low wavenumber Raman spectroscopy and x-ray diffraction
Polymers 14, 5406 (2022).