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ポストグラフェンとして注目の二次元ナノシート材料について、
その最新研究動向と応用展開を追う

●執筆者

【監修者】　　　
柚原　淳司　　名古屋大学大学院工学研究科　准教授
　
【執筆者】（掲載順・51名）　
柚原　淳司　　　名古屋大学大学院工学研究科　准教授
武田　京三郎　　早稲田大学理工学術院先進理工学部　教授
羽部　哲朗　　北海道大学大学院工学研究院　博士研究員
小鍋　哲法　　法政大学生命科学部　准教授
平原　徹　　東京工業大学理学院物理学系　准教授
洗平　昌晃　　名古屋大学未来材料・システム研究所　助教
髙木　紀明　　京都大学大学院人間環境学研究科　教授
荒船　竜一　　国立研究開発法人物質・材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA)主任研究員
杉本　宜昭　　東京大学大学院新領域創成科学研究科　准教授
深谷　有喜　　国立研究開発法人日本原子力研究開発機構先端基礎研究センター　研究主幹
菅原　克明　　東北大学大学院理学研究科　准教授
高橋　隆　　東北大学材料科学高等研究所　教授
佐藤　宇史　　東北大学材料科学高等研究所　教授
木村　昭夫　　広島大学大学院先進理工系科学研究科　教授
松田　巌東　　東京大学物性研究所附属極限コヒーレント光科学研究センター　准教授
北浦　良　　名古屋大学大学院理学研究科　准教授
平山　博之　　東京工業大学理学院物理学系　教授
中野　秀之　　株式会社豊田中央研究所環境・エネルギー1 部　主監
長田　実　　名古屋大学未来材料・システム研究所　教授
牧浦　理恵　　大阪府立大学大学院工学研究科　准教授
緒明　佑哉　　慶應義塾大学理工学部　准教授/
国立研究開発法人科学技術振興機構さきがけ研究者
蔡　尚佑　　名古屋大学大学院工学研究科　助教
牟田　幸浩　　名古屋大学大学院工学研究科
金　奎成　　名古屋大学大学院工学研究科
齋藤　永宏　　名古屋大学大学院工学研究科　教授
吾郷　浩樹　　九州大学グローバルイノベーションセンター　教授
佐々木　高義　　国立研究開発法人物質・材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA)フェロー
高村（山田）　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　准教授
Antoine Fleurence　　北陸先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科　講師
黒澤　昌志　　名古屋大学大学院工学研究科　講師
大田　晃生　　名古屋大学大学院工学研究科　助教
塩貝　純一　　東北大学金属材料研究所　助教
野島　勉　　東北大学金属材料研究所　准教授
塚﨑　敦　　東北大学金属材料研究所　教授
長汐　晃輔　　東京大学大学院工学系研究科　准教授
早水　裕平　　東京工業大学物質理工学院材料系　准教授
関　貴一　　Max Planck Institute for Polymer Research 　研究員
島津　佳弘　　横浜国立大学大学院工学研究院　准教授
真嶋　哲朗　　大阪大学産業科学研究所　招へい教授/ 名誉教授
伊田　進太郎　　熊本大学大学院先端科学研究部　教授
中戸　晃之　　九州工業大学大学院工学研究院　教授
毛利　恵美子　　九州工業大学大学院工学研究院　助教
篠北　啓介　　京都大学エネルギー理工学研究所　助教
松田　一成　　京都大学エネルギー理工学研究所　教授
秀島　翔　　信州大学先鋭材料研究所　准教授
滝本　大裕　　信州大学先鋭材料研究所　助教
杉本　渉　　信州大学先鋭材料研究所　教授
坂本　良太　　京都大学大学院工学研究科　准教授
米田　丈　　東京大学大学院理学系研究科
中川　敬三　　神戸大学大学院科学技術イノベーション研究科　准教授
岡田　友彦　　信州大学先鋭材料研究所　准教授



序論　二次元ナノシート材料の技術動向と展望　　《柚原　淳司》

第I編　物性評価と構造解析技術

第1章　基礎物性
第1節　IV族単原子層の電子論　　《武田　京三郎》
　　1 序
　　2 シリセンとゲルマネンの電子論
　　3 原子欠損と原子置換を有するIV 族単原子膜
第2節　遷移金属ダイカルコゲナイドの電子物性 ― 半導体から超伝導まで ― 　 《羽部　哲朗》
　　1 遷移金属ダイカルコゲナイド(Transition-metal dichalcogenide)
　　2 2H 型{六族遷移金属ダイカルコゲナイド ― 半導体 ―
　　3 2H 型{五族遷移金属ダイカルコゲナイド ― 金属と超伝導 ―
　　4 1T'型{六族遷移金属ダイカルコゲナイド ― トポロジカル物質 ―
　　5 理論的な解析手法について
　　6 遷移金属ダイカルコゲナイドの面内ヘテロ構造
第3節　単層遷移金属ダイカルコゲナイドにおける光物性とバレー物性　　《小鍋　哲》
　　1 はじめに
　　2 単層遷移金属ダイカルコゲナイドの電子状態
　　3 単層遷移金属ダイカルコゲナイドの光物性
　　4 単層遷移金属ダイカルコゲナイドのバレー物性
　　5 まとめ
第4節　トポロジカル超薄膜・ヘテロ構造と表面電子状態　　《平原　徹》
　　1 トポロジカル絶縁体とは
　　2 トポロジカル絶縁体薄膜の作製
　　3 トポロジカル絶縁体薄膜の表面電子状態
　　4 トポロジカル絶縁体の磁気拡張による強磁性ヘテロ構造の実現
　　5 おわりに
第5節　計算科学によるIV 族二次元物質の研究　　《洗平　昌晃》
　　1 はじめに
　　2 アモルファスAl2O3絶縁膜上のシリセン，ゲルマネン
　　3 水素脱離によるシリセン・ゲルマネンの創生
　　4 おわりに
　　
第2章　構造解析技術
第1節　Ag 基板に創成したシリセンおよびシリセンナノリボンの複合解析
　　《髙木　紀明，荒船　竜一》
　　1 Ag(111) 基板上に成長したシリセン
　　2 (4×4) 相の幾何構造と電子状態
　　3 (4/√3×4/√3）相の幾何構造と電子状態
　　4 Ag(110) 基板に成長したシリセンナノリボンの幾何構造と電子特性
　　5 まとめ
第2節　原子間力顕微鏡を用いたシリセンの局所構造解析　　《杉本　宜昭》
　　1 はじめに
　　2 原子間力顕微鏡
　　3 4×4相
　　4 √13×√13相
　　5 T相
　　6 まとめ
第3節　二次元結晶シート/基板の界面構造解析技術　　《深谷　有喜》
　　1 はじめに
　　2 全反射高速陽電子回折(TRHEPD)
　　3 TRHEPD の特徴
　　4 構造解析例
　　5 まとめ
第4節　二次元物質の光電子分光による電子構造解析　　《菅原　克明，高橋　隆，佐藤　宇史》
　　1 はじめに
　　2 MBE 法による原子層MX2の試料作製
　　3 原子層VSe2の電子構造解析
　　4 原子層NbSe2の電子構造解析
　　5 今後の展望
第5節　黒リンの電子たたき上げ現象の解明　　《木村　昭夫》
　　1 はじめに
　　2 黒リンの物性
　　3 実験手法
　　4 角度分解光電子分光(ARPES) による正孔の有効質量の同定
　　5 黒リンの時間・角度分解光電子分光(TARPES) 実験
　　6 今後の展開
　　
　　
第II編　合成と成膜プロセシング技術

第1章　新規二次元物質材料の創製
第1節　14 族元素からなるハチの巣格子状二次元物質の創製　　《柚原　淳司》
　　1 はじめに
　　2 表面合金を利用した平面スタネンの創製
　　3 偏析法によるゲルマネンの創製
　　4 合金薄膜を利用したプランベンの創製
　　5 まとめと今後の展望
第2節　ホウ素の単原子シート： Boraphene, Borophene　　《松田　巌》
　　1 ボロフェンの理論研究
　　2 ホウ素単原子シートの成長
　　3 ボロフェンのディラック電子系
　　4 ボロフェンの今後の展望
第3節　遷移金属ダイカルコゲナイドの創製と物性　　《北浦　良》
　　1 はじめに
　　2 遷移金属ダイカルコゲナイドの結晶成長と光学応答
　　3 まとめ
第4節　ビスマス超薄膜の成長・構造・電子状態　　《平山　博之》
　　1 はじめに
　　2 Bi(111) 超薄膜
　　3 Bi(110) 超薄膜
　　4 まとめ
　　
第2章　二次元ナノシート合成技術
第1節　ケイ素およびゲルマニウム二次元化合物の合成と物性　　《中野　秀之》
　　1 はじめに
　　2 層状ケイ素とゲルマニウムの構造
　　3 化学修飾による単層剥離
　　4 電子物性制御
　　5 二層シリセン
　　6 多層ゲルマネン
　　7 CaSi2配向膜
　　8 おわりに
第2節　酸化物ナノシートの精密合成と応用　　《長田　実》
　　1 はじめに
　　2 酸化物ナノシートの合成
　　3 酸化物ナノシートの精密集積とその応用
　　4 まとめ
第3節　規則ナノ細孔を有する有機無機ポリマーナノシートの液相界面合成　　《牧浦　理恵》
　　1 はじめに
　　2 Metal-organic framework (MOF) ナノシートの液相界面合成
　　3 Hydrogen-bonded organic framework (HOF) ナノシートの液相界面合成
　　4 気液界面による二次元ナノ材料合成の特異性と優位性
　　5 まとめ
　　6 今後の展開
第4節　柔軟な層状物質とマテリアルズインフォマティクスを活用した高効率ナノ
シート合成技術緒明　佑哉
　　1 はじめに
　　2 柔軟な層状構造の作製とその剥離によるナノシートの合成および応用
　　3 マテリアルズインフォマティクスを活用した剥離挙動の制御
　　4 おわりに
第5節　ソリューションプラズマ法による窒素含有グラフェンの合成
　　《蔡　尚佑，牟田　幸浩，金　奎成，齋藤　永宏》
　　1 はじめに
　　2 ソリューションプラズマ
　　
第3章　二次元ナノシートの成膜プロセシング技術
第1節　遷移金属ダイカルコゲナイドの転写と応用展開　　《吾郷　浩樹》
　　1 はじめに
　　2 TMDC の転写法
　　3 TMDC のドーピング
　　4 TMDC のテンプレート応用
　　5 まとめと今後の展開
第2節　簡便，迅速な二次元物質ナノ薄膜の構築　　《佐々木　高義》
　　1 はじめに
　　2 スピンコート法によるナノシート稠密配列単層膜形成技術の実際
　　3 ナノシートの稠密配列メカニズム
　　4 多層膜構築
　　5 まとめ
第3節　シリコン基板を原料とした二ホウ化物薄膜上のシリセンシート自発形成
　　《高村（山田）　由起子， Antoine Fleurence》
　　1 はじめに
　　2 二ホウ化物薄膜上のシリセンの形成
　　3 スパッタリングによる二ホウ化物薄膜上のシリセンの除去と再形成
　　4 まとめ
第4節　共晶系で生じる析出現象を応用したIV 族系ナノシート形成技術
　　《黒澤　昌志，大田　晃生》
　　1 はじめに
　　2 二次元結晶のテンプレートとなるSi1-yGey(111) 基板上Ag 層の化学構造および安定性
　　3 Ag/Ge(111) 構造で生じるGe 原子の析出現象
　　4 おわりに
第5節　FeSe 電気二重層トランジスタの開発　　《塩貝　純一，野島　勉，塚﨑　敦》
　　1 はじめに
　　2 電気二重層トランジスタの機能性
　　3 セレン化鉄電気二重層トランジスタ
　　4 エッチングによる高温超伝導の観測
　　5 研究展開・将来展望
　　6 まとめ
　　
　　
第III編　産業別用途開発

第1章　エレクトロニクス分野
第1節　二次元層状トンネルFET　　《長汐　晃輔》
　　1 はじめに
　　2 2D 界面特性の理解
　　3 2 種類のヘテロ構造
　　4 高濃度二次元結晶ソースの形成
　　5 p+-Wse2/n-Wse2ヘテロTFET
　　6 おわりに
第2節　自己組織化ペプチドを用いた単層MoS2バイオセンサの開発
　　《早水　裕平，関　貴一》
　　1 まえがき
　　2 層状物質表面におけるペプチドの自己組織化
　　3 二硫化モリブデン(MoS2) の電気伝導度と発光特性
　　4 MoS2発光の溶液pH応答
　　5 MoS2発光を利用した乳酸菌センシング
　　6 まとめと今後の展望
第3節　交流磁場を用いた層状半導体デバイスのホール効果測定手法　　《島津　佳弘》
　　1 はじめに
　　2 交流磁場を用いたホール効果測定系の周波数特性
　　3 試料作製と測定方法
　　4 MoS2をチャンネルとするFET の実験結果
　　5 まとめ
　　
第2章　フォトニック分野
第1節　黒リンナノ層状物質利用広帯域太陽光応答型光触媒の開発　　《真嶋　哲朗》
　　1 はじめに
　　2 太陽光応答型光触媒
　　3 黒リンナノ層状物質(BP) 利用広帯域太陽光応答型光触媒
　　4 おわりに
第2節　酸窒化物ナノシートを用いた水分解光触媒の開発　　《伊田　進太郎》
　　1 はじめに
　　2 水分解光触媒の課題
　　3 ナノシート光触媒の利点
　　4 酸窒化物ナノシート
　　5 Ca2Nb3O9.7N0.2ナノシート
　　6 M2Ta3O10-xNy ナノシート(M:Ca,Sr,Ba)
第3節　無機ナノシートコロイド液晶の開発　　《中戸　晃之，毛利　恵美子》
　　1 はじめに
　　2 無機ナノシート液晶の形成
　　3 無機ナノシート液晶の構造
　　4 構造色の発現
　　5 外場による液晶のマニピュレーション
　　6 電場によるマニピュレーション
　　7 電場による無機ナノシート液晶の階層的マクロ組織化
　　8 光マニピュレーション
　　9 おわりに
第4節　単層遷移金属ダイカルコゲナイドの光機能性の開拓　　《篠北　啓介，松田　一成》
　　1 はじめに
　　2 遷移金属ダイカルコゲナイドの結晶構造と電子状態
　　3 電界効果トランジスタ構造による単層遷移金属ダイカルコゲナイドの光学制御
　　4 単層遷移金属ダイカルコゲナイドのバレー分極制御
　　5 人工ヘテロ構造による単層遷移金属ダイカルコゲナイドの光学制御
　　6 まとめ
　　
第3章　エネルギー・環境分野
第1節　酸化ルテニウムの剥離ナノシートの合成と電気化学デバイス応用
　　《秀島　翔，滝本　大裕，杉本　渉》
　　1 はじめに
　　2 酸化ルテニウムの剥離ナノシートの合成
　　3 酸化ルテニウムの剥離ナノシートの電気化学特性
　　4 電気化学キャパシタ正極応用
　　5 燃料電池電極触媒応用
　　6 まとめ
第2節　ジピリンナノシートによる高効率太陽電池セルの開発　　《坂本　良太，米田　丈》
　　1 はじめに
　　2 無機ナノシートと分子ナノシート
　　3 配位ナノシート
　　4 ジピリン金属錯体ナノシート
　　5 テルピリジン金属錯体ナノシート
　　6 おわりに
第3節　金属酸化物ナノシートを利用した積層型分離膜の開発　　《中川　敬三》
　　1 はじめに
　　2 ナノシートを利用した分離膜の開発
　　3 金属酸化物ナノシート積層膜
　　4 おわりに
第4節　シリケートナノシートによる吸着・分離の科学　　《岡田　友彦》
　　1 はじめに
　　2 構造と形状の多様性
　　3 水がかかわる吸着現象
　　4 おわりに