東大ら、ナノチューブを重ね合わせた「1次元ファンデルワールスヘテロ構造」の合成に成功

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東京大学は2020年1月31日、筑波大学や北京大学、マサチューセッツ工科大学、産業技術総合研究所などと共同で、異なるナノチューブを同心円状に複合化した「1次元ファンデルワールス(vdW)ヘテロ構造」の合成に成功したと発表した。

同大学によるとグラフェンなどの2次元原子層物質はさまざまな方面で注目を集めている。これら原子層物質を積み重ねた2次元vdWヘテロ構造ではさまざまな異なる物質を複合化でき、これまで新たな物性や応用が報告されてきた。

そのvdWヘテロ構造を1次元に適用することができれば、1次元物質であるナノチューブ構造に基づいて、異種の層から構成される入れ子状のナノチューブが実現する。現在金属または半導体性の単層カーボンナノチューブ(CNT)や絶縁性の窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)、半導体性の二硫化モリブデン(MoS2)ナノチューブが知られているが、これらを組み合わせた1次元vdWヘテロ構造のナノチューブを作製することができれば、新たに多彩な機能化物質群を形成できる。

今回の研究では、孤立した単層CNTをテンプレートに用いて、化学気相成長法によって単層CNT表面にBNNTを合成し、1次元vdWヘテロ構造である「単層CNT-BNNT」を実現。透過型電子顕微鏡による観察や電子エネルギー損失分光による分析、および電子回析によって、同物質が1次元vdWヘテロ構造を持つことを確認した。

同様の方法で「単層CNT-MoS2」ヘテロ構造や、さらに3種のナノチューブから成る単層「CNT-BNNT-MoS2」ヘテロ構造の合成にも成功。今回生成に成功した3種の1次元vdWヘテロ構造物は、耐熱温度などにおいて異なった特質を持つことを確認した。

今回の研究成果に基づいて、物性や機能を設計した1次元vdWヘテロ構造を合成することで、構造部材や電子デバイスなどさまざまな分野での応用が期待できるという。

(上)従来の2次元vdWヘテロ構造の模式図 (下)今回新たに合成した1次元vdWヘテロ構造の模式図

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