Science of 2.5 Dimensional Materials:
Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation

学術変革領域研究 2.5次元物質科学


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グラフェンに代表される二次元物質は、材料や角度を任意に制御してファンデルワールス力により積層することができ、従来の結合に捉われない合成法を与えることから、物質科学に大きなパラダイムシフトをもたらすものである。さらに、積層した二次元物質の層間には特異的な二次元ナノ空間が存在し、新たな科学の舞台となりえます。 そこで、本領域では、多様な二次元物質に「集積の自由度」と「二次元ナノ空間」という新たな考えを導入して、従来の研究から大きく飛躍した「2.5次元物質科学:社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト」を提案します。 本領域では、二次元+αの新たな可能性を0.5次元と象徴的に表現し、オールジャパンの体制により、従来の物質科学を大きく変革する研究を展開していきます。

Groups

総括班

2.5次元物質科学の総括

吾郷 浩樹

研究項目 A01

2.5次元構造体のための物質創製

岡田 晋

研究項目 A02

2.5次元集積構造の構築

宮田 耕充

研究項目 A03

2.5次元構造の分析技術開発

松田 一成

研究項目 A04

2.5次元構造の新奇物性開拓

越野 幹人

研究項目 A05

2.5次元構造体の電子・光・エネルギー応用への展開

上野 貢生

 

Research

A012.5次元構造体のための物質創製

突出した物性やユニークな特性を示す高品質二次元物質の設計と合成を主に担当し、2.5次元物質科学のビルディングブロックとなる物質の創製を行います。グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)、六方晶窒化ホウ素(h-BN)などの二次元物質の高結晶・ウェハースケール合成を行うとともに、エキゾチックな物性を示す新たなタイプの二次元物質の結晶成長とその基礎学理に関する研究も行います。

A022.5次元集積構造の構築

ロボティック積層、液相/気相成膜、インターカレーション等の個々の独自技術の高度化とその融合を通じ、多彩な集積構造の作製を行います。また、物質創製班から提供される試料をベースに、分析班・物性開拓班・機能創出班へと集積構造を提供し、電子状態の制御や新奇な量子物性の探索からデバイス応用に関する共同研究を進めていきます。

A032.5次元集積構造の構築

2.5次元物質で発現する特異な構造や電子状態を明らかにする分析技術を開発し、2.5次元物質科学の学術の発展を支えていきます。具体的には、様々な実験プローブ(光、X線、電子顕微鏡、電子分光)により、角度をつけ積層した集積自由度から生じるモアレポテンシャルによる電子状態、二次元物質で囲まれた特異な二次元ナノ空間での原子配列構造など、2.5次元物質の研究推進に資する評価技術の高度化を行います。

A042.5次元構造の新奇物性開拓

二次元物質に積層やナノ空間の自由度を加えた2.5次元物質を設計・作製し、新奇な物性を開拓することを目標とします。特に、材料工学と物性実験技術、物性理論を駆使することで、想像を越える電子・光・フォノン物性を示す2.5次元物質を作り出していきます。さらには、従来の結晶物理学では記述が困難な2.5次元物質を扱う理論体系を新たに構築し、実験への提言も行っていきます。これらの研究活動を通じて「2.5次元物質科学」の礎となる物性科学の学理構築を担っていきます。

A052.5次元構造体の電子・光・エネルギー応用への展開

社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフトを実現するため、2.5次元物質の有望な応用とは何であるか、そしてどのようにして2.5次元物質が社会に貢献できるかをイメージしながら研究を展開します。特に、デバイスを構成する共通コアである「界面・空間」を制御しながら、集積化された2.5次元物質を利用した電子デバイス、光デバイス、エネルギーデバイス等の創製・学理探索と応用展開を行います。