固体基板上の不揮発性液滴の周りには、先行薄膜と呼ばれる厚さ数nmの薄膜が数百μmに渡って広がっている。電位制御可能な液滴と連続する先行薄膜は、XPSなどの表面敏感な手法により電解液/電極界面の解析をするのに有効だと考えられる。本研究では、新規電解液として期待されるイオン液体の先行薄膜に対してFM-AFM測定を行い、膜厚に応じた界面構造を評価した。

イオン液体と固体の界面に形成される電気二重層は比較的高い電荷密度を持つことが知られており、そのナノ構造の解明が期待されている。本研究では固液界面構造をサブナノスケールで直接計測できる3次元走査型力顕微鏡（3D-SFM）を用いて、バイアス電圧を印加した金電極とイオン液体の界面構造の可視化に成功した。その結果、その構造が強いバイアス電圧依存性を示すだけでなく、面内不均一性があることを明らかにした。

表界面におけるナノ創製や機能発現を原子レベルで解析するため、主にSPMを用いたオペランドナノ計測技術の開発に取り組んできた。例えば、極低温STMを用いて、一次元量子井戸の創製と量子化準位の可視化に成功した。また、光照射場の太陽電池の内部、充放電時の全固体リチウムイオン電池の内部における電位分布を計測するため、断面SPMによるオペランドナノ電位計測技術を開発した。その概要を紹介し、今後を展望する。

難溶性のナノグラフェン分子を分子間にはたらく相互作用を利用して不溶な分子をカプセル内に取り込み水溶化を実現し，その分子を基板上に輸送し高配向組織化膜の作製を可能にする「分子コンテナ法」について，特にジコロニレンやC₉₆H₃₀分子のAu(111)電極表面への組織化に関して発表する。

硬X線光電子分光（HAXPES）と電気化学反応速度のoperando同時測定が可能な測定技術を開発しました。本技術の特徴は、電解質溶液を層流で供給しながら電気化学反応速度を大気圧下で測定している試料に対して、同時にHAXPESの測定が可能な点です。本発表では、本技術の測定原理と測定例をご紹介する予定です。

可視領域の広い範囲の光を吸収するペロブスカイト構造を用いた光電変換デバイスの構築が注目を集めている。その高効率化には、ペロブスカイト構造を維持しつつ固体基板との接合を原子レベルで制御することが重要である。本研究では、金単結晶基板上に配向性の高い自己組織化単分子層を介して、液相浸漬法によって構築したペロブスカイト薄膜が、その結晶構造と方位を維持していることをSXRD解析によって証明した。

リチウムは，次世代高容量蓄電池の負極材料として期待されているが，デンドライト形成が実用化への課題となっている．リチウム上には固体電解質相（SEI）が形成し，デンドライト形成に影響を及ぼすことが分かっている．本研究では，銅電極上に故意にSEIを形成し，それがリチウム金属負極反応へ及ぼす影響を，電気化学水晶振動子マイクロバランス（EQCM）法と電気化学インピーダンス（EIS）法を用いて調査した．

Si(110)基板上に形成した矩形3Dマイクロロッドを通電加熱により100回程度フラッシングした結果、ロッドは矩形から丸みを帯びた形状へ変化した。我々のSEMのナノ電子ビームとRHEEDを組み合わせた測定手法による観察の結果、ロッド表面は複数の結晶面で囲まれた構造へと変化したことがわかった。今回さらに実験装置を改良し各回折パターンのスポット強度から暗視野像を測定し、各結晶面領域の可視化を実現した。

本研究では固体電解質中での分子接合の形成を目指した。固体電解質としてTa₂O₅薄膜に着目し銀電極を用いてアセチレン雰囲気中で原子接合の形成・破断を繰り返した。結果、接合の破断過程において0.2 G₀の伝導状態が形成されることが示唆された。また、対応する状態で非弾性トンネル分光計測を行ったところアセチレンに由来した振動モードが検出され、Ta₂O₅中でアセチレン分子接合が形成したことが明らかとなった。

我々はこれまでに，ホウ化水素シート（HB）と名付けた新たな二次元物質を合成できることを明らかにしてきた．本研究ではHBが水素を含有していることに着目し，CO₂を水素化する触媒への応用の可能性を調べることを目的とした．講演では加熱処理をしたHBに発現するCO₂吸着能について，CO₂雰囲気でのHBの熱重量分析結果について，CO₂中でHBを加熱した際の反応生成物について報告する．

特異的な電気特性より注目されている遷移金属ダイカルコゲナイド等の原子薄膜半導体材料の応用展開への課題の一つである、「大規模連続膜」における電気特性低下の要因になるドメイン境界の制御・低減に向けて、大規模連続二硫化モリブデン膜の形態評価を走査プローブ法で実施した結果を報告する。

We demonstrate that the atom-scaled ripple structure of MoS₂ nanosheet can be estimated by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM).

The TEM simulation for MoS₂ nanosheets was carried out with sinusoidally ripple structure. In the simulated images, the lattice spacing should be modulated. Such modulation is determined by the period and amplitude of the ripple structure. The amplitude of the ripple structure is almost proportional to apparent strain. It indicates that the amplitude can be estimated by the apparent strain.

We took a HRTEM images of the suspended MoS₂ nanoshee. It showed periodic modulation, which seemed to correspond to a ripple structure. The apparent strain distribution was obtained, but it could not be explained by a simple sinusoidal curve. It suggests that the nanosheet having the ripple structure was inclined. By comparing the experimental apparent strain with the simulated ones, the tilting angle was determined to be about 7 degree. Also, the period and amplitude was estimated to be 5.5 nm and 0.3 nm, respectively.

単分子接合は分子素子への応用が期待されており、接合温度は性能評価の上で重要である。本研究では表面増強ラマン散乱(SERS)計測により1’4-ベンゼンジチオール(BDT)単分子接合の温度計測を試みた。BDT単分接合形成時におけるストークス及びアンチストークス散乱に由来したピーク強度比から温度を得た。加熱効果による温度上昇を検討したところ、レーザー強度に依存した接合温度の検出に成功した。

金属電極間に機能性分子1つを架橋した単分子接合は，外部刺激による電気的特性の変化を利用した分子デバイスへの応用が期待されている．本研究では，スピロピランを架橋した単分子接合に電気伝導度とラマン分光の同時計測を適用し，電気的特性の変化の要因を検討した．主成分分析を用いスペクトルを解析した結果，開環体は閉環体より電気伝導度が高いことが示唆され，伝導度変化が分子の構造変化に由来することを確認できた．

Transition metal dichalcogenides can modulate their physical properties by introducing foreign species between the transition metal dichalcogenide layers. For example, when magnetic atoms are inserted into TiS₂, different magnetic behaviors have been reported depending on their concentration. However, the relationship between the ordered arrangement of magnetic atoms and magnetism has never been clarified fully. In this study, Fe_xTiS₂ single crystals with Fe concentration from 0.05 to 0.33 were prepared. The purpose of this study was to clarify the characteristics of the ordered arrangement structure of iron atoms by systematically examining it using a spherical aberration-corrected scanning transmission electron microscope (STEM) system. In addition, the relationship between the ordered arrangement and measured magnetism was clarified.

The solution-based fabrication of organic polymer thin film is essential for molecular functional devices. Although there are numerous techniques to cast such thin films, the qualitative variation in the film is still a big issue. Herein, the reproducible fabrication of nano-thickness self-doped polyaniline (SPAN) thin films with high uniformity by fountain-pen lithography (FPL) is reported. Compared to commonly used drop-casting and spin-coating method, it is conformed that the films fabricated by FPL provides a high controllability of film size, chemical/micro structures and electronic properties, which is characterized by microscope Raman spectroscopy and current-voltage (I-V) measurement. Such method is potentially a reliable choice for the development of molecular electronic devices and the characterization of polymeric materials.

PCBM薄膜上に少量の金を蒸着するとコンダクタンスが顕著に増加する現象を見出した。この金蒸着量では金自体のアイランド成長に伴う多重トンネル伝導は起こりえないので、金蒸着したPCBM薄膜では異なるメカニズムによる電気伝導が起きていると考えられる。このような顕著なコンダクタンス増加の起源は明らかではないが、金がPCBM薄膜のドーパントとして働く可能性がある。講演では分光学的なデータも示し議論を行う。

リザバーコンピューティング(RC)は、リザバー層で行われる演算を物理現象に置換することができる情報処理システムである。我々は、自己ドープ型ポリアニリン分子(SPAN)と Au ナノ粒子(AuNP)からなるネットワーク内に非線形 I-V 特性が発生することを明らかにしている。本研究では、RCへの適用可能性を探るため、ナノギャップ電極によって多入力多出力電極間での非線形電気特性および記憶特性を検討した。

ナノスケールに向かい合った金属電極の間隔を原子移動により制御し、分子の結合基と金属を結合させる、新たな単一分子の架橋手法を開発した。これまで単一分子架橋構造の実現には、電極間隔を制御するための大きな周辺装置を素子毎に必要としていたが、今回電極間に外部電圧を印加するだけで達成した。この手法は、究極の微細化電子素子の一つと言われている単一電子デバイスへの貢献が期待される。

垂直配向単層カーボンナノチューブ(VA-CNT)を用いて摩擦力を測定した結果，静止摩擦係数μが一定であるというアモントン・クーロンの法則とは異なり，垂直抗力が小さい領域においてμが大きくなる現象が見られた。また，Fe触媒を用いて作製したCNTのほうがCo触媒を用いて作製したCNTより大きな摩擦を生み出すことがわかった。これらはVA-CNTの構成単位である単層CNTの変形，結晶性の効果と考えられる。

白金族元素であるIrおよびPtを触媒に用いることで，直径1 nm程度以下の細径単層カーボンナノチューブ（SWCNT）が支配的に生成することを見出した。特にIrを触媒に用いた場合，長さ4 μm以上の高密度で垂直配向したSWCNTが得られることがわかった。

本研究では、CNT薄膜を電気回路・熱回路に変換することで、CNT単体の熱電性能からCNT薄膜の熱電性能について解析する手法を開発した。CNT薄膜の性能指数ZTを向上させるために、出力指数PFと熱伝導率κの最適化が重要である。そのため、我々が開発した手法からCNTの接触熱抵抗とCNT薄膜の熱電性能の関係を解析し、高いZTを実現する接触熱抵抗を推定した。またZTの密度依存性の解析も行った。

フレキシブルな熱電変換材料として期待されているカーボンナノチューブ(CNT)であるが、その実用化のためにはn型半導体CNTの熱電性能の向上が課題である。そこで本研究では、n型半導体CNTの候補である窒素ドープCNTのゼーベック係数とパワーファクターを、熱電線形応答理論によって計算した。その結果、パワーファクターを最大化する窒素ドープ量を見出すことに成功した。

我々は，垂直電場下での二層グラフェンの熱電効果を久保-ラッティンジャー理論と温度グリーン関数法によって調査した。結果として，垂直電場の印加によって，その熱電性能が向上することが明らかとなった。さらに，二層グラフェンの熱電性能の最適化に向けて，パワーファクタが最大となる化学ポテンシャルを調査し，そのときのパワーファクタの最大値は，弱電場の範囲では垂直電場の大きさに対して単調増加することがわかった。

電子フォノン相互作用(EPI)の第一原理計算は計算コストが非常に高く、効率的な補間法が求められている。そのような方法として局在化したWannier関数を用いる方法が知られているが、層状物質で現れる表面鏡像状態をうまく再現できないなどの問題がある。本研究ではグラフェンをターゲットに密度汎関数理論による直接計算や上記の補間法と併用できかつEPI行列要素の詳細な振る舞いを再現する計算手法の開発を試みた。

SiC 基板上にエピタキシャル成長させたグラフェン原子層にフェムト秒レーザー光を照射し、グラフェン原子層の励起誘起構造変化をラマン散乱分光法により研究した。照射前後における2Dラマンピークの形状変化から、光励起により多層グラフェン領域が縮小し、反相関的に単層グラフェン領域が拡大していくことが判明した。講演では、励起強度を最適化することによるグラフェン単層膜創製の可能性について議論する。

Raman spectroscopy has evolved into a versatile tool to characterize structural, electronic, and optical properties of graphene-based materials such as pristine graphene, graphene oxide (GO), and reduced graphene oxide (RGO). However, in contrast to pristine graphene , Raman spectral analysis of GO and RGO is challenging due to their complex lattice structure. Apart from the optical visibility, a strong dependence of the Raman spectroscopy of monolayer pristine graphene on the SiO ₂ layer thickness has been reported. Therefore, in the present work, we study the effect of the substrate on Raman spectra of GO and RGO mono- and few-layer flakes, which is useful in interpreting the Raman spectra of these materials.

Graphene has extremely high electron mobility and mechanical strength, which expected to be applied to electronic devices and sensors. Graphene nanoribbons (GNRs) used in electronic devices are theoretically expected to have an electronic state that depends on the edge structure. Therefore, we developed a device that can measure the electrical conduction of a GNR while observing its edge structure using a transmission electron microscope.

We designed and manufactured suspended GNRs with the widths among 100 to 800 nm. Then this ribbon was cleaned by current annealing, and sculpted by nanosculpting process. Finally, narrow GNRs with mixed edges of zigzag and armchair, as well as GNRs with pure zigzag edge were obtained, respectively. Their I-V curves were also measured accordingly. For zigzag GNR, the value of differential conductance increased sharply at the threshold voltage, which increased with the length of GNR. This result could be explained by theoretical prediction of magnetic-insulator and nonmagnetic-metal nonequilibrium phase transition. This finding provides the possibility for fabricating the smallest switching devices.

グラフェンは優れた物性を有す、次世代無線通信デバイス応用が期待されている。しかし、トランジスタ化した時には、ドレイン電流飽和（ピンチオフ）せず、また、入力ゲート電圧に対するドレイン電流変調度が理論値を大きく下回っていた。我々はゲート絶縁膜とグラフェンの界面を制御することにより、ピンチオフを実現するとともに、従来よりも一桁多いドレイン電流変調度を実現した。

身の回りの電化製品の中には、小さなコンセント状の電気接点が無数に存在している。さて金属製の電極表面は、通常使用時でもすぐに酸化がはじまり、接触不良や故障、さらには事故の原因にもなりうる。本研究は、耐酸化特性をさらに高めるため、グラフェンが多重にわたり酸化防止膜として機能するように、連続体としてメッキ金属中に複合化させた、既存の金属メッキに代わる耐腐食・高信頼性電極の試作を行ったので報告する。

ゲルマネンはGeの単原子ハニカムシートであり、トポロジカルな性質を利用した電子デバイス応用が期待される。ゲルマネンは超高真空下でAgなどの単結晶表面に合成できるが、大気中では容易に酸化するため、その応用は困難である。本研究では、ファンデルワールス(vdW)材料/Ag(111)界面にゲルマネンを合成する手法を開発した。ゲルマネンは界面全体に均一に成膜されており、大気中で安定であることが分かった。