平成27年度科学研究費補助金「新学術領域研究（...

領域略称名：原子層領域番号：2506

平成２７年度科学研究費補助金「新学術領域研究

（研究領域提案型）」に係る中間評価報告書

「（研究領域名）原子層科学」

（領域設定期間）

平成２５年度～平成２９年度

平成２７年６月

領域代表者（東北大学・理学研究科・教授・齋藤理一郎）

- 1 -

目次研究領域全体に係る事項１．研究領域の目的及び概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６２．研究の進展状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８３．審査結果の所見において指摘を受けた事項への対応状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１１４．主な研究成果（発明及び特許を含む）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１３５．研究成果の公表の状況（主な論文等一覧、ホームページ、公開発表等）・・・・・・・・・・・・・・・・・・１６６．研究組織（公募研究を含む）と各研究項目の連携状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２１７．若手研究者の育成に関する取組状況・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２３８．研究費の使用状況（設備の有効活用、研究費の効果的使用を含む）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２４９．総括班評価者による評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２５ 10．今後の研究領域の推進方策・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２７ 11．組織変更等の大幅な計画変更がある場合は当該計画・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２９別添：研究領域全体に係るデータ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３０各計画研究に係る事項・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３３１．研究項目 X00・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３３２．研究項目 A01・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４６３．研究項目 A02・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５８４．研究項目 A03・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７０４．研究項目 A04・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８２〈中間評価報告書の公開について〉科学研究費補助金「新学術領域研究（研究領域提案型）」の評価要綱に基づき、本報告書（領域代表者が

作成した評価資料）は、原則として一般に公開されます。ただし、発表前のデータ等、中間評価のために記

載はするものの、一般への公開は避けたい部分については、各事項の【以下、非公開部分】の欄に記述する

ことができます。なお、評価者は中間評価に当たり、非公開部分も含めた本報告書全体を参照しますが、評価者には守秘義

務が課されています。

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研究組織

研究

項目

課題番号

研究課題名研究期間代表者氏名

所属機関

部局

職

構成員数

X00 25107001

原子層科学の推進

平成 25年度～

平成 29年度齋藤理一郎東北大学・理学研究科・教授 9

A01

計

25107002

グラフェン関連原子層

の新規合成法および大

面積合成法の開発

平成 25年度～

平成 29年度楠美智子

名古屋大学・エコトピア科学研究

所・教授 7

A02

計

25107003

原子層の量子物性測定

と新規物性探索

平成 25年度～

平成 29年度長田俊人東京大学・物性研究所・准教授 7

A03

計

25107004

複合原子層の界面特性

理解と原子層デバイス

への応用

平成 25年度～

平成 29年度長汐晃輔東京大学・工学系研究科・准教授 6

A04

計

25107005

原子層の電子物性、量子

輸送および光物性の理論

平成 25年度～

平成 29年度越野幹人東北大学・理学研究科・准教授 8

計画研究計 5件

A01

公

26107502

超高品質半導体原子層

物質の革新的合成・機能

化法の開発

平成 26年度～

平成 27年度加藤俊顕東北大学・工学研究科・講師 1

A01

公

26107510

「ボトムアップ型」金属

錯体ナノシートの原子

層科学

平成 26年度～

平成 27年度坂本良太東京大学・理学系研究科・助教 3

A01

公

26107519

グラフェンのエッジ修

飾による物性制御

平成 26年度～

平成 27年度廣戸聡名古屋大学・工学研究科・助教 1

A01

公

26107528

酸化グラフェンの欠陥

を有機分子で修復する

平成 26年度～

平成 27年度仁科勇太

岡山大学・異分野融合先端研究コ

ア・准教授 3

A01

公

26107530

二次元半導体ヘテロ構

造の結晶成長と光機能

開拓

平成 26年度～

平成 27年度宮田耕充

首都大学東京・理工学研究科・准教

授 1

- 3 -

A01

公

26107532

自己集積的手法による

原子膜複合体の形成

平成 26年度～

平成 27年度高井和之法政大学・生命科学部・准教授 1

A02

公

26107501

格子不整合ひずみグラ

フェンのその場原子レ

ベル顕微同定によるマ

ルチスケール物性制御

平成 26年度～

平成 27年度藤川安仁弘前大学・理工学研究科・教授 2

A02

公

26107503

放射光ナノ顕微分光に

よる原子層デバイスの

界面状態オペランド解

析とその系統的研究

平成 26年度～

平成 27年度永村直佳

物質・材料研究機構・先端的共通技

術部門・研究員 7

A02

公

26107506

ナノ可圧法を用いた巨

大格子歪み導入による

面内電子伝導制御とデ

バイス応用

平成 26年度～

平成 27年度藤田淳一

筑波大学・数理物質科学研究科・教

授 3

A02

公

26107507

ホウ素ドープグラフェン

の局所電子状態と制御

平成 26年度～

平成 27年度中村潤児


授 2

A02

公

26107508

単層／多層グラフェンに

おける超伝導近接効果

平成 26年度～

平成 27年度神田晶申

筑波大学・数理物質科学研究科・准

教授 1

A02

公

26107515

グラフェン—吸着分子間

相互作用のナノ分光学

的解明と新規グラフェ

ンデバイスの創成

平成 26年度～

平成 27年度矢野隆章

東京工業大学・総合理工学研究科・

助教 1

A02

公

26107517

低次元系における電子

格子相互作用ダイナミ

クスの実験的解明

平成 26年度～

平成 27年度片山郁文横浜国立大学・工学研究院・准教授 3

A02

公

26107520

グラフェンにおける非

平衡キャリアの超高速

分光による研究

平成 26年度～

平成 27年度小山剛史名古屋大学・工学研究科・講師 1

A02

公

26107522

ナノグラフェン・遷移金

属カルコゲナイドにお

ける新規光物性の開拓

平成 26年度～

平成 27年度松田一成

京都大学エネルギー理工学研究所・

教授 2

- 4 -

A02

公

26107529

酸化グラフェンを基軸

としたグラフェンハイ

ブリッドの多重機能発

現

平成 26年度～

平成 27年度速水真也熊本大学・自然科学研究科・教授 1

A02

公

26107512

磁気光学測定によるグ

ラフェンの超強磁場物

性の開拓

平成 26年度～

平成 27年度中村大輔東京大学・物性研究所・助教 2

A03

公

26107504

超格子原子層材料の展

開

平成 26年度～

平成 27年度藤田武志

東北大学・原子分子材料科学高等研

究機構・准教授 3

A03

公

90466780

極軽量・原子層メカニカ

ル構造の機能化

平成 26年度～

平成 27年度米谷玲皇東京大学・工学系研究科・講師 1

A03

公

26107516

グラフェンによる新機

能 THzデバイスの開拓

平成 26年度～

平成 27年度河野行雄

東京工業大学・量子ナノエレクトロ

ニクス研究センター・准教授 1

A03

公

26107521

グラフェンによるフレ

キシブルデバイスのパ

シベーション

平成 26年度～

平成 27年度大野雄高

名古屋大学・エコトピア科学研究

所・教授 1

A03

公

26107524

原子層界面からのテラ

ヘルツ放射の計測と機

能開拓

平成 26年度～

平成 27年度川山巌

大阪大学・レーザーエネルギー学研

究センター・准教授 1

A03

公

26107531

室温・大気中グラフェン

ナノリボン合成とトラ

ンジスタ応用

平成 26年度～

平成 27年度野内亮

大阪府立大学・21 世紀科学研究機

構・特別講師 1

A04

公

26107505

原子層物質のスピン物性

平成 26年度～

平成 27年度野村健太郎東北大学・金属材料研究所・准教授 1

A04

公

26107509

計算科学に基づく新奇

原子層物質複合系の物

性解明と物質設計

平成 26年度～

平成 27年度岡田晋


授 1

A04

公

26107514

電界印加密度汎関数計

算による原子層デバイ

スのキャパシアタンス

の解析

平成 26年度～

平成 27年度安藤康伸東京大学・工学系研究科・助教 3

- 5 -

A04

公

26107515

グラフェン―吸着分子

間相互作用のナノ分光

学的解明と新規グラフ

ェンデバイスの創成

平成 26年度～

平成 27年度岸亮平

大阪大学・大学院基礎工学研究科・

助教 1

A04

公

26107526

グラフェン量子素子デ

バイスの理論的創成

平成 26年度～

平成 27年度草部浩一大阪大学・基礎工学研究科・准教授 2

A04

公

26107534

グラフェン原子層境界

における谷分極伝導

平成 26年度～

平成 27年度中西毅

産業技術総合研究所・ナノ材料研究

部門・主任研究員 2

公募研究計 29件

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１. 研究領域の目的及び概要（２ページ程度）

研究領域の研究目的及び全体構想について、応募時に記述した内容を簡潔に記述してください。どのような点が「我が国

の学術水準の向上・強化につながる研究領域」であるか、研究の学術的背景（応募領域の着想に至った経緯、応募時までの

研究成果を発展させる場合にはその内容等）を中心に記述してください。 1-1. 研究領域の目的及び全体構想

目的：本領域の目的は、グラフェン（グラファイトの原子層）を中心として、｢原子層が創る

科学｣を探索する新しい研究領域｢原子層科学｣の創成である。物質初の「単原子層の物質」で

あるグラフェンは、従来の半導体材料を凌駕する著しい性質をもつ。各国で原子層科学の大

きなプロジェクトが始動するなど、有用性は世界の認めるところである。本物質群に関して

我が国の学術水準を向上・強化することは、炭素科学において長年世界をリードしてきた日

本にとって急務の課題であり、2013 年に本新学術領域が発足した。全体構想：本領域は、右図の４つの計画研究からなる。 (1)原子層の合成法の探索（化学、

工学）、(2)原子層固有の物性の探求（物理、工学）、(3)原子層デバイスへの応用（工学、物理）、

(4)原子層電子状態の理論の構築（物理、化学）。この４つの分野を有機的に連携させ、他の

原子層（h-BN, MoS2 など）との複合層を含め原子層物質の探求を行う。本申請では、原子

層科学を創成し、新たな学理と産業の創出を目指す。 1-2. 研究の学術的背景：ナノカーボン研究の学術水準の向上・強化の必要性炭素科学・材料研究では日本は世界をリード：炭素材料研究において日本は常に世界をリー

ドしてきた。1970 年代の炭素繊維の研究は、現在ボーイング 787 の機体材料に採用され隆

盛を極めている。1980 年代のグラファイト層間化合物は、今日の Li イオン電池産業の基盤

を作った。炭素原子同士を繋ぐ技術であるクロスカップリングは製薬・材料の産業を創出・

牽引した。1985 年に C60分子、1991 年にカーボンナノチューブ、2004 年にグラフェンの発

見と、ナノカーボン（10 億分の 1 m の大きさの炭素材料）が科学の世界に大きなインパクト

を与えた。ナノカーボン研究においても、理論・実験ともに日本の活躍は世界の中で著しい。

現在ナノチューブの大量合成や応用は日本が中国とともに世界をリードしている。一方グラ

フェンは比類なき性質をもち、その基礎・応用研究において世界中で熾烈な競争がある。グ

ラフェンをはじめとする原子層物質に関する研究開発は、我が国の伝統ある炭素科学・材料

研究における学術水準の向上・強化に必須の研究領域である。応募時に領域の着想に至った経緯：グラフェンは、2004 年に剥離（はくり）法が報告され急

展開した材料であり、原子層１層固有の現象が起きるところに過去にない大きな特徴をもつ。

研究が勃興したばかりの分野であるため、グラフェンに限らず他の原子層物質を含めた研究

を世界に先駆けて包括的に行うことで、広い学問体系に展開することが期待できる。しかし

現実は、合成研究では良い試料の作製のみ追求、物性では単結晶を剥離した試料で究極の物

性のみ追求、理論では深遠な物理のモデルとして追求するなど、全体としての統一的な見方

や方向性を持たず、肥大しているようにも見える。これでは、研究分野の発展は期待できな

い。分野を超えて成果を利用できる体制を整備し、広い視野において研究の方向を定めるこ

研究領域全体に係る事項

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とが本領域の創成と発展に必要である。本目的は、この物質のもつ大きな波及効果を含め、

新学術領域研究の趣旨に合致するものである。新学術領域発足後の研究領域を取り巻く世界の大きな変化：本新学術領域研究が発足した

2013 年以降、原子層科学の分野が国内外で大きく展開した。この展開を見ると、本領域の発

足は、結果からみて非常にタイミングの良いスタートであったということができる。大きな

展開となった契機として、(1)遷移金属ダイカルコゲナイド（MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2など）やシリセン（Si）、ゲルマネン（Ge）、フォスフォレン（P）などの新規１

原子層物質が次々と合成されたこと、また(2)理論的な解析から、多層の結晶では間接エネル

ギーギャップの半導体であった原子層半導体物質が、１原子層にすると直接エネルギーギャ

ップの半導体に変化するなど、光学デバイス材料としても有用な半導体として注目を集めた

ことなどがあげられる。さらに(3)重い元素でできた原子層物質では、スピン軌道相互作用に

よってエネルギーバンドが分裂することを利用し､スピンに依存した現象や、光吸収を起こす

２つの波数領域（バレー）に依存した現象を作り出す実験が報告され、電気的に光の偏光を

制御するなど従来の半導体技術ではできなかったバレートロニクスが実現した。また(4)六方

窒化ホウ素(h-BN) や酸化物原子層など絶縁体の原子層物質も多く研究され、金属、半導体、

絶縁体の原子層物質群がそろった。この原子層を意図的に積層することによって、複層原子

層デバイスを設計するという挑戦があり、2015 年になって原子層発光ダイオード（LED）を作ったという報告が英国よりなされた。これらの研究の波及効果は著しく大きい。(5)理論

的研究では、原子層物質を用いることにより、40 年前に理論的に予想されていて実験で実現

できなかった物理現象や、逆に 40 年前に実験で観測されていて理論的に説明できなかった

現象が、本新学術領域研究の成果として解明されるなど科学の発展にも大きく貢献した。現在原子層物質の応用研究に関する主導権をとるため、世界の各国や地域で原子層物質に

関する 100 億円を超える巨大プロジェクトが複数（EU、英国、韓国など）立ち上がってい

る。国内でも本新学術領域の他に 2014 年度から JST の CREST 研究として次世代デバイス

開発を目指した 2 次元物質に関するプロジェクトが始まっている。また、研究を取り巻くコ

ミュニティーとしては、日本物理学会、応用物理学会、日本化学会、フラーレン・ナノチュ

ーブ・グラフェン（FNTG）学会、の他、新たに企業研究者の集まりであるグラフェンコン

ソーシアム（主催産業技術研究所（AIST））、酸化グラフェンの応用を目指す酸化グラフェ

ン研究会（熊本大学）などが発足し、大学・企業ともに原子層物質の研究開発を開始する研

究者が著しく増えた。本新学術領域研究では、新規参入の研究者との交流を深めるために、

グラフェンに関する講習会を年に２－３回程度２年間にわたって行い、多くの一般参加を得

るなど分野の広がりを実感している。2015 年 6 月には原子層およびナノチューブに関する国

際会議 NT15 が名古屋で原子層科学・FNTG 学会共催にて行われ、領域代表がコアの NT15組織委員として参画するが、前年度米国で開催した NT14 より参加者が 2.5 倍の 600 名を超

えるなど、本新学術領域および領域をとりまく世界のアクティビティは非常に高い。

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２. 研究の進展状況［設定目的に照らし、研究項目又は計画研究ごとに整理する］（３ページ程度）

研究期間内に何をどこまで明らかにしようとし、現在までにどこまで研究が進展しているのか記述してください。また、

応募時に研究領域として設定した研究の対象に照らして、どのように発展したかについて研究項目又は計画研究ごとに記述

してください。

2-1．領域の横の繫がりの設定と進展：

発足時の計画において右図に示す横の

繫がりを提案した。この繫がりのはじ

めとして、A01 合成班（１年度目予算

重点配分）による原子層試料合成の進

展が必須で、2-3 に示すように期待通り

の進展があった。合成した試料が供給

され A02 で物性評価し（２年度目重点

予算）、A04 の理論的な裏付けとともに

フィードバックするなど計画通りの論

文発表がある。これらの領域の流れと

並行して、応用に向けたデバイスを A03（３年度目重点予算）で作製・評価する研究も着実

に動いている。共用の実験設備も多く、概念図のような有機的連携が必然的に必要であるた

め計画研究１つの組織を大きくしたことが有効に働いている。総括班も、各種活動（別項目）

を通じて、全体の共同研究を促進するとともに、多くの活動を着実に行っている。 2-2．領域の時系列の設定と進展状況: 申請時の時系列の設定は右図に示す通り

である。現在２年目の重点予算配分まで着

実に行われている（○の項目）。この時系

列より早い動き（◎）として、２年度目に

応用班と合成班でグラフェン以外のカル

コゲナイド原子層の合成に成功したこと

である。物性班に２年度に予算の重点配分

が行われ、さらに公募研究においても物性

評価の手薄な新原子層の評価に関する分

野を強化することで、各種原子層の物性測

定に対応した。理論班と応用班においても、相互の共同研究や合成班及び物性班との共同研

究が領域発足後に多く始められ、現在総数 157 件の共同研究が進行中である。さらに有機的

な連携をはかるために、各種講習会をすでに２年間で 5 回行うなど、総括班を中心とするア

クティビティは高い。また、４年目に行う国際シンポジウムを前倒しして 3 年目の今年に、

NT15（ナノチューブや原子層物質に関する国際会議、2015 年 6 月、名古屋大学）を、総括

班を中心とする組織委員会で開催する。NT15 には、原子層科学からほぼ全員の参加があり、

現時点の集計で、前回の NT14 の 2.5 倍の 600 名超の参加者を集めている。そのうち海外か

らは、30 か国 240 名の参加登録がある。また 2015 年 3 月には、米国 NSF 財団の調査団が

日本の原子層科学研究の調査に来日、また 2015 年 10 月には、EU のグラフェンフラグシッ

プ（10 年間で 1000 億の研究プロジェクト）の代表チームが来日予定であり、共同研究の実

施を模索している。このように原子層科学領域における研究は非常に活性化されている。以下各計画研究の設定目的と進展状況を示す。進展状況は、◎：予想以上の成果もしくは予

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定より早い成果（下線部）。○：想定通りの成果に分けて表示した。問題があるテーマは無い。

１． 2-3．合成班の設定目的と進展状況（○）高品質グラフェン・新規原子層物質の合成手法を確立することが設定目的である。２年度ま

でに各分担者の独自の合成法の開発を達成し、サンプル提供を予定通り実現した。 (1) 化学気相蒸着（CVD）法による大面積化（10 cm 直径、結晶サイズ mm 単位）（◎）野田は、誘電体/絶縁体基板上にグラフェンを直接形成するエッチング析出法を開発した。丸山は、CVD で㎜サイズのグラフェンの単結晶成長に成功、多くにサンプル提供した。北浦は、クリーンな WS2/h-BN 界面を実現した。成長した WS2の結晶方位は h-BN と一致、

また発光スペクトルはエキシトン由来の非常にシャープな発光ピークを示した。加藤（公募）は、WS2において新たな発光現象を見いだした。 (2) SiC 熱分解法によるウェーハサイズの大面積化（◎）楠は、SiC 熱分解法により mm サイズの低欠陥単結晶グラフェン成長を実現した。共同研究

で遠藤（物性班）が量子ホール測定、長汐（応用班）が量子容量測定を予定より早く開始。

(3) 化学剥離法による良質試料作製と基板上での「その場観察」（○）斉木は、メタンプラズマを用いて、酸化グラフェンを還元し、高移動度を示す良質試料作製

に成功。また、輻射光を利用し Cu 基板上のグラフェンの結晶成長観察に成功した。 (4) ナノチューブ空間利用によるグラフェンナノリボンの合成（○）篠原、北浦は、ナノチューブ内空間の重合によりグラフェンナノリボンの合成に成功した。 (5) 有機合成法によるグラフェンリボンの化学合成法（○）依光は、パラジウム触媒を用いた有機化学合成法によりグラフェンリボン合成に成功し、近

赤外領域の吸収が著しく増強されることを見いだした 2-4．物性班の設定目的と進展状況（○）

各種原子層物質を、量子伝導測定および原子像観察・光電子分光を用いて測定し、新奇な物

性現象の探索と解明を行うのが目的である。2年度目の重点目標は予定通り実現した。 (1) h-BN 上高移動度グラフェンを用いたディラック電子系の量子伝導物性の解明（○）八木は、共同研究により h-BN 上に形成した多層（５、７、９層）グラフェンを作製した。

また１，２層のグラフェンに周期的に穴を形成した試料で、整合磁気抵抗ピークを観測した。 (2) 新しい原子層物質の探索と物性物理の開拓（◎）長田は、単層および２層フォスフォレン（リンの新しい原子層）を開拓し、垂直の電場下の

電子構造の機構を解明した。町田は、金属/MoS2/グラフェンのショットキーダイオード構造（縦型 FET 素子）を作製し

105以上の ON/OFF 比を達成した。山本は、グラフェン−超伝導体接合において、クーパー対分離を予定より早く達成した。こ

の結果「グラフェンバレートロニクス」という新分野を拓いた。 (3) ミクロプローブ手法による物性発現機構の微視的同定と理解（○）劉は、格子欠陥の電子顕微鏡による検出・同定を行った。回転角が異なる二層グラフェンに

ついてラマン分析と電子顕微鏡による原子構造解析の対応付けに成功した。菅原は、スピン分解光電子分光装置におけるエネルギー分解能を6 meVまで向上させた。新

しいシリセン層間化合物CaSi2を合成、直線的なバンド分散の観測に成功した。 2-5. 応用班の設定目的と進展状況（◎）応用班の設定目的は、原子層デバイスを作りデバイスの動作原理を理解することである。以

下のテーマで順調に進展している。

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(1) 原子層膜の複層化技術の確立（○）長汐、塚越、上野による、複層化デバイスの特性向上に必須な清浄界面形成を実現するため

の、複層化に用いるポリマー材料を溶融しない乾式プロセスの開発が順調に進展している。 (2) 新規原子層材料の結晶成長（◎）塚越、上野は、各種遷移金属ダイカルコゲナイド原子層を作製し、FETの形成と動作特性測

定を行った。またラマン分光では理論班の齋藤と共同で解析し論文を発表した。 (3) 原子層膜間及び絶縁体/原子層間の相互作用の理解（○）長汐は、2層グラフェンにおいて電流のオフが取れない問題に関して、不純物準位状態を調べ、

影響を低減する指針を得た。 (4) 原子層膜/金属間の相互作用の理解（○）塚越は、MoS2と金属電極とのコンタクト抵抗率の層数依存性を評価した。層数が増すに従

って抵抗率が増加することを、エネルギーギャップの大きさの層数依存性から説明した。 (5) パッシブデバイスとしての原子層の透明電極応用（◎）

長谷川は、グラフェン透明電極を有機 LED(OLED)へ適用し、発光輝度の向上に成功した。 2-6. 理論班の設定目的と進展状況（◎）理論班の設定目的は、原子層物質の学理を構築すること、また実験との共同研究によって

理論的に説明することである。遷移金属カルコゲナイド、シリセン、フォスフォリン等の

新しい原子層物質の領域内外との共同研究も活発に行い、予想以上に進展している。 (1) MoTe2のラマン分光（◎）齋藤理は、実験（2.5（2））と共同で、新原子層 MoTe2の微細なラマンスペクトルを二重共

鳴ラマン分光の理論を用いて同定した。 (2) 原子層界面におけるスピントロにクス（○）越野は、MoTe2などの原子層界面において、電子の屈折方向がスピンに大きく依存するスピ

ン依存伝導現象を見出した。

(3)トポロジカルな原子層物性評価（○）初貝、青木は、シリコンの原子層膜であるシリセンのバンド構造解析をおこない、トポロジ

カルな観点からの新しい解釈を示した。

(4) 第一原理計算による新物質開発（○）斎藤晋は、UC Berkeleyとの共同研究で窒化ホウ素ナノチューブの第一原理計算を行い、電

子格子相互作用に起因する超伝導が発現することを示した。また岡田は、グラフェンナノリ

ボンの電界下での電子構造計算では、自由電子に近い状態が系の電気的性質に極めて重要な

役割を示すことが明らかにした。

(5) ホフスタッダーダイヤグラムの観測（◎）越野は、コロンビア大学、MITとの共同研究で、h-BNとグラフェンの複合薄膜の磁場中の

スペクトルが、Hofstadter butterflyという構造を持つことを示した。この構造は1970年代

に理論的に予想されたが、今回40年の年月を経て実験によって確かめられた。

(6) 原子層ナノ構造からデバイス応用への展開（◎）若林は、2枚の半無限グラフェンシートを接続する量子ポイントコンタクト構造において電

気伝導特性を予想した。安藤康は、応用班長汐と共同で、2層グラフェンの有する量子電気

容量と電界強度を計算した。

(7) 新物質設計（○）岡田は、アセペンタレンと呼ばれる原子層が強磁性になることを示した。岸は、「開殻性を

持つジラジカル中間体」の構造安定性と光学応答特性を調べた。

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３. 審査結果の所見において指摘を受けた事項への対応状況（２ページ程度）

審査結果の所見において指摘を受けた事項があった場合には、当該コメント及びそれへの対応策等を記述してください。

審査結果の所見をそのままコピーしたものを示す。

ここで指摘された３つの事項は、下記のような質問形式に直すことができる。（1）世界的な大きなプロジェクトがあるようだけれども、本研究領域はやっていけるか？（2）素子応用展開をいろいろ提案しているが、何が最も有効で重要な戦略か？（3）いろいろ合成方法の提案があるが、使える試料を早急に作り提供できるか？この３項目について総括班の中で話し合い、第２年度までに以下のような戦略を考えた。（1）グラフェン研究の世界的な潮流に対する本研究領域の新規性及び具体的な到達点を明示

戦略１：EU、英国、韓国など 100 億円を超える巨大資金の潮流の多くは、具体的な応用の実現を目

標にして、予算の多くはインフラに使われている。本新学術領域の発足時の戦略は、実用化前の段階

に対象を絞り、実用化における鍵となる試料や技術を得ること、またグラフェンでしか得られない新

しい科学を追求することである。これによってインフラのコストは不要である。また外国が我々の新

学術領域研究と共同研究をせざるを得ないような良い試料・技術を提供することで存在感を得ること

ができる。本領域の新規性といえる例として、グラフェンなど原子層の性能を決定的に向上する h-BN基板の提供（渡邊）や欠陥構造の原子像まで見ることができる高解像度の電子顕微鏡観察技術（劉）、

また伝統的に強いグラフェンの理論（越野・齋藤）などがあり、発足時に提案した。発足後は多くの

新原子層の台頭に対抗して、新原子層の合成と複層化技術の早期確立することを新たに戦略とした。戦略１に対する第２年度までに達成した到達点：A.渡邊らによる h-BN 基板の提供は、世界中で独占

していて他は追従できない。その結果 2 年間で 75 件の試料提供による共同研究が、渡邊・谷口のグ

ループによってなされた。その半分弱が本新学術領域研究内での共同研究であり、h-BN 基板上のグ

ラフェンは、ディラック電子の性質を顕著に示す科学として注目をあびた。しかし現在は世界中で同

じ基板を使っており、物性物理では世界と競合が避けられない。B:電子顕微鏡写真による欠陥構造の

その場観察は、特にグラフェン結晶境界の原子像に関して、これも他の追従を許さない成果を示した。

C:進展状況でも示したが、越野らの理論はコロンビア大学 MIT 大学の実験を説明し、物理学におけ

るエポックともいえる成果を示した。これらが世界的な潮流に対して、達成した到達点である。

- 12 -

（2）素子応用展開を探るためのブレークスルーを切り開く、戦略や着想を深める戦略２：発足時から、グラフェンを素子材料として応用展開するには、グラフェンにエネルギーギャ

ップがないこと、また原子層デバイス固有の問題（電極、絶縁層）が指摘されていた。世界的な潮流

としては、(1)エネルギーギャップを開けるような形状にすること、(2)デバイス作製技術を向上する

こと、などが広く指摘されていた。一方応用班の戦略は、原点に立ち返りグラフェン素子を単に半導

体デバイスと見たときに、何が原理的に違うかを実験的に明確にすることである。その上で問題点の

原因と対策を明らかにする、という素朴なアプローチが、結果的に問題解決に対し近道ではないか、

という考えのもと、各グループの具体的な到達点を定め課題を実行した。戦略２に対する第２年度までの到達点：一原子層のグラフェンデバイスでは、短チャンネル問題、量

子キャパシタンス問題、電極の問題などを設定して、理論との共同研究によるシミュレーションを含

め、現状の問題を理解するために十分な結果を得た。またエネルギーギャップを作るために２原子層

グラフェンデバイス、多層グラフェンデバイスの特性を検証した。半導体デバイスとして使う場合、

移動度を犠牲とすれば、カルコゲナイド層状物質半導体原子層を使うことができる。そのため、応用

班の中でこの新規半導体原子層をいち早く合成し FET 素子作製やラマン分光などの物性測定を行っ

た。ラマン分光の解析では、理論との共同研究が新学術領域研究内で行われ、すでに論文発表に至っ

ている。さらに複層化技術における問題抽出とその解決法の確立が具体的な到達点である。（3）多くの生成方法の中から早急に標準試料を決定、他の計画研究へ安定的に提供する戦略３：さまざまな合成方法の提案は、その中から択一して標準試料を作るものではない。（１）欠

陥が多くても良いから大面積な試料、（２）欠陥が全くない１個の単結晶、（３）半導体基板上に低温

で直接合成、（４）溶液中（ナノチューブ内）で合成でき、形状が決まっている試料、など様々な目

的にかなう試料を作るためのものである。したがって発足時の具体的な達成目標は、試料の提供先を

確保すること、個々の目的に合った試料を提供することである。発足後の達成目標は、新規原子層物

質の合成にいち早く着手すること、またグラフェンと同様に共同研究体制を確保することである。戦略３に対する第２年度までの到達点：合成試料の供給はこの新学術領域の共同研究体制の柱の一つ

であり、第１年度に合成班に予算を重点配分し、各種合成装置の導入とテスト試料の提供先の検討を

全体会議で行うことにした。その結果、試料作製の前に共同研究の話が多くでき、試験的にできた試

料を新学術領域内に供給できた。この結果、予定よりも早い段階で共同研究がスタートすることがで

き、この意味で新学術領域研究は計画通り進展している。また発足後に多くの新規原子層が次々と発

見され、新規原子層の合成に対しても合成班だけでなく物性班、応用班でも取り組むグループが複数

現れ、すでに物性班、応用班による物性測定も始まるなど、発足時に想定していなかった研究が急速

に始まっている。これは、原子層科学がグラフェンの科学から大きく展開するという非常に良い時期

に、本新学術領域研究がスタートしたことにもよる。３つの質問に関しまとめると以下のようになる。（１）世界に対して新学術領域研究の存在感を確立

した。（２）原点に返った戦略によって、より実用化に向けた、いわゆる「出口イメージ」を獲得し

た。（３）計画通りのサンプル提供と、時代の流れに対応した新規原子層物質の提供も可能にした。

- 13 -

1.8 2 2.2

A

A-

X

Photon Energy [eV]

Inte

nsi

ty [

arb

. Un

its]

単層 WS2グレインバウンダリー周辺の自由励起子（X 位置）

CVD 法による高品質 WS2/h-BN

hou

４．主な研究成果（発明及び特許を含む）[研究項目ごとに計画研究・公募研究の順に整理する]

（３ページ程度）

本研究課題（公募研究を含む）により得られた研究成果（発明及び特許を含む）について、新しいものから順に発表年次

をさかのぼり、図表などを用いて研究項目ごとに計画研究・公募研究の順に整理し、具体的に記述してください。なお、領

域内の共同研究等による研究成果についてはその旨を記述してください。

計画研究 A01：「グラフェン関連原子層の新規合成法および大面積合成法の開発」

・主要論文１．h-BN 上への TMDC 直接成長北浦良（A01）、渡邊賢司（A03）、日比野浩樹（NTT 物

性科学基礎研）との共同研究 [M. Okada et al., ACS Nano, 8, 8273 (2014).] 初年度に重点配分により初年度に導入した 3 連結電気炉

を用いた CVD 法により、六方晶窒化ホウ素(h-BN)を基

板として、単層 WS2を直接成長させた。溶液プロセスを

経ない１段階直接成長によって、クリーンな WS2/h-BN界面を実現できた。その発光スペクトルはエキシトン由来の

非常にシャープな発光ピークを示すことを明らかにした。・主要論文２．WS2における局在励起子の観測加藤俊顕(A01 公募)[T. Kato et al., ACS Nano, 8, 12777 (2014).] 原子層物質である二硫化タングステン(WS2)において新たな発光(PL)現象を

発見し、欠陥に補足された局在励起子によることを実験的に初めて立証した。その他の重要な成果：大面積・良質グラフェン合成技術の開発：輻射光を利用して Cu 基板上で成長するグラフェンのその場実時間観察に成

功した。[斉木幸一朗、Nature. Commun., 6, 6834(2015)]。 SiC 熱分解法により、ミリメートルスケールの低欠陥単結晶グラフェ

ン成長を実現した。[楠、Semicond. Sci. Tech., 29, 064009 (2014). (2014 Article Highlights)]。班内会議

の情報交換をもとに、原料分子の選択により窒素ドープ位置を規定したグラフェン成長に成功した。[斉木・依光、A01 内共同研究、Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 14115 (2015)]。パラジウム触媒を用い、ポル

フィリン二分子の共平面型架橋に成功。[依光、Angew. Chem. Int. Ed., 53, 4395 (2014)]。CVD 法に関し

ては、エッチング析出法[野田優 Carbon, 82, 254 (2015)]、エタノールガスを用いて[丸山、ACS Nano, 8, 11631 (2014)]、良質・大面積グラフェンの成長に成功した。ビス（ジチオレン）金属錯体ナノシートの大

面積合成とそれに伴う導電性変化を観測した。[坂本良太(A01 公募)と University of Utah との共同研究、

Nature Commun., 6, 6713 (2015)]。

計画研究 A02：「原子層の量子物性測定と新規物性探索」

・主要論文 1．金属/MoS2/グラフェンショットキーダイオード構造

における電流の ON/OFF 制御

町田友樹（A02）による応用研究[R. Moriya et al., Appl. Phys. Lett. 105, 083119 (2014)]。金属/MoS2/グラフェンショットキーダイオード構造（縦型 FET 素

子）を作製し二次元面に垂直方向の電流をバックゲート電圧により

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ON/OFF 制御したところ、最大 105以上の ON/OFF 比を実現した。電流の ON/OFF 比は MoS2の原子層

数に依存するが、メカニカル劈開法および原子層転写技術を用いて作製した今回の素子では、CVD 法によ

り作製された同構造の素子に比べて一貫して優れた特性が得られている。同時に 104 A/cm2を超える ON電流密度が観測されており、これまでのファンデルワールスヘテロ構造を用いた縦型 FET 素子の課題で

あった高い ON/OFF 比と大きな ON 電流密度の両立を実現した。・主要論文２．シリセン層間化合物の電子構造菅原克明（A02）による基礎研究[E. Noguchi et al., Adv. Mater., 27, 856 (2015)]。グラフェンに続く新たな原子層物質シリセンは、グラフェンの炭素

がシリコンに置換した物質であり、その電子構造に興味が持たれて

いた。しかし金属基板上に作製したシリセンを用いた実験では、基

板との強い相互作用によりシリセン本来の電子状態が喪失してしま

うため、実験的研究は進んでいなかった。そこで別のアプローチと

して何層にも積層した多層シリセン間にカルシウムを挿入したシリ

セン層間化合物 CaSi2 の高分解能光電子分光を行った。その結果、

グラフェンに類似したバンドを観測するとともに、ディラックコ

ーン分散を観測した。これはバックリング構造をもつシリセンでの

ディラックコーン形成を初めて実証したものである。

その他の重要な成果：グラフェンにおけるバレーホール効果の実証垂直電場下の２層グラフェンにおいて非局所伝導の実験を行った。これは K 点と K'点に逆符号のベリー

曲率を発生させ、そのバレーホール効果で発生したバレー流を逆バレーホール効果によって電気的に検出

することを企図した実験である。観測された異常な非局所抵抗の定量的解析により、バレー流の発生が実

証された[山本倫久（A02）、渡邊賢司（A03）ら、arXiv:1501.04776］。

計画研究 A03：「複合原子層の界面特性理解と原子層デバイスへの応用」

・主要論文１．新規 2次元半導体のインバータ動作塚越一仁・上野啓司（A03）、若林克法・齋藤理一郎(A04)らによる共同研

究 [Adv. Mater., 26, 3263 (2014). ACS Nano, 8, 3895 (2014). Phys. Rev. B, 91, 205415 (2015).] 理論・実験グループの共同研究で、新規 2 次元原子層である MoTe2に関し

て、p 型及び n 型の両方でゲート変調することを初めて示した（右図）。こ

の特性を生かしたインバータ動作を実証した。さらに単層の MoTe2の未同

定振動モードについて起源を理論的側面から齋藤らが解析した。実験と理

論の共同により原子層科学への理解の深まった好例である。

・主要論文２．グラフェン透明電極を利用した有機 EL 素子長谷川雅考(A03)による実用化研究 [Carbon, 82, 60 (2015).] グラフェンを用いた有機 EL 素子の最重要課題である低抵抗化をドーパ

ント材料として塩化金を選択することで達成した。グラフェン膜と Alに電圧を印加し、発光観察に成功した（右図）。PEN 基板上にグラフェ

ンを転写して高分子有機 EL 素子の作製を試み、最大で 7,000 cd/m2 @15 V と輝度の格段の向上に成功している。その他の重要な成果：デバイス応用展開を可能とする要素技術：

2 mm

6 mm

Al (Cathode)

MoTe2の両極ゲート動作。

有機 EL の輝度向上！

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2 層グラフェンのエネルギーギャップ内に存在する準位を定量評価した。また、原子層絶縁体 h-BN は

layer-by-layer で絶縁破壊が進行することを示した[長汐晃輔、渡邊賢司(A03)の共同研究 ACS Nano, 9, 916 (2015).]。また、新規 2 次元材料に対する電流注入に関して、コンタクト抵抗の層数依存性がエネルギ

ーギャップの層数依存に起因していることを示した[塚越一仁(A03) ACS Nano, 8, 12836 (2014).]。様々な

遷移金属ダイカルコゲナイド単結晶の化学蒸気輸送法による作製及び物性測定を行った。[上野啓司、塚越

一仁(A03)による共同研究 Nanoscale, 5, 9666 (2013).]。

計画研究 A04：「原子層の電子物性、量子輸送および光物性の理論」

・主要論文１．原子薄膜複合系におけるフラクタルの実現越野幹人（A04）、渡邊賢司（A03）、韓国高等研究院、コロンビ

ア大学との共同研究 [C. Dean, et al., Nature, 497, 598 (2013)] 理論・実験グループの共同で、グラフェンと六方晶窒化ホウ素

（h-BN）の薄膜を重ねた系に磁場を印加することで、量子力学の

効果によってフラクタル（自己相似）なスペクトルが生じること

を世界で初めて確かめた（右図）。これはホフスタッターの蝶と呼

ばれ 1970 年代より理論的に知られていたが、近年急速に発展し

た原子薄膜の技術によってこれが初めて実現された。実現には越

野（A04）らによる理論計算と、渡邊（A03）による高品質 h-BNサンプルが不可欠であった。

・主要論文２．グラフェンラマン・ファノ効果の解明齋藤理一郎（A04）、マサチューセッツ工科大、韓国西江大学との共

同研究 [E.H. Hasdeo et al., Phys. Rev. B, 90, 235410 (2014)] 電荷をドープしたグラファイトでは G バンドと呼ばれるラマンス

ペクトルが非対称になることは 1970 年代から知られていたが、起

源は明らかにされていなかった。今回の定量的な計算で、電子と正

孔を一度に２組生成するプロセスが最も重要であることを見出し、

理論が実験結果をほぼ正確に再現することに初めて成功した。これ

により４０年に及ぶ論争に決着がついた。その他の重要な成果：グラフェンから新しい原子層新物質への展開：

新しい原子層物質の研究が急速に発展しており、領域内外との実験研究との共同研究も活発に行われた。

遷移金属カルコゲナイド系の一つである MoTe2のラマン分光で、今まで同定できていなかったスペクトル

を二重共鳴ラマン分光の理論を用いて同定することに成功した[齋藤理一郎(A04)、塚越、上野(A03), Phys. Rev. B, 91, 205415 (2015)]。応用に向けた原子層ナノ構造の研究では、グラフェンシートを点で接続する

量子ポイントコンタクトにおける電気伝導特性を予想した。[若林(A04)、Phys. Rev. B 89, 045423 (2014)] また炭素およびホウ素からなる原子層系にリチウムを層間に挿入することにより、超伝導の発現が期待さ

れる系の設計研究を行った[斎藤晋(A04)、Phys. Rev. B 88, 235407 (2013)]。また遷移金属カルコゲナイ

ド系における原子ステップ界面において、電子の屈折方向がスピンに大きく依存するスピン依存伝導現象

が見出され、スピントロニクスへ応用の可能性が示された。[羽部哲朗(本領域の博士研究員), 越野(A04), Phys. Rev. B, 91, 201407(R) (2015)] またシリコン原子膜であるシリセンの特徴的な電子構造についてト

ポロジカルな観点からの新しい解釈が示された。[初貝、青木(A04)、New J. Phys., 17 025009 (2015)]

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５．研究成果の公表の状況（主な論文等一覧、ホームページ、公開発表等）（５ページ程度）

本研究課題（公募研究を含む）により得られた研究成果の公表の状況（主な論文、書籍、ホームページ、主催シンポジウ

ム等の状況）について具体的に記述してください。論文の場合、新しいものから順に発表年次をさかのぼり、研究項目ごと

に計画研究・公募研究の順に記載し、研究代表者には二重下線、研究分担者には一重下線、連携研究者には点線の下線を付

し、corresponding author には左に＊印を付してください。また、一般向けのアウトリーチ活動を行った場合はその内容に

ついても記述してください。また、別添の「（２）発表論文」の融合研究論文として整理した論文については、冒頭に◎を付

してください。

本研究課題の研究成果の公表の状況及び方法は、発表論文、書籍、総説以外は以下のとおりである。 1 領域のホームページ（http://flex.phys.tohoku.ac.jp/gensisou/）の「研究成果」欄に公表されて

いる。研究成果の内容は、発表論文、著書・総説、招待講演、社会貢献、特許出願で、発表年お

よび計画研究ごとに分けられている。 2 中間報告書の作成： 2015 年 3 月には、中間報告書として日本語(280 頁)、英語(170 頁)をそれ

ぞれ作成し、研究者ごとの研究成果をまとめた。この結果は PDF として、上記ホームページか

らダウンロードできる。すでに 400 件近いダウンロードが行われている。中間報告書を領域独自

に作成し、公開した目的は、我々の現状を説明し、領域内外の共同研究を促進するためである。 3 主催シンポジウムなどの状況：

3.1 国際シンポジウム NT15 の共催：2015 年 6 月 28 日から 7 月 3 日まで、名古屋大学で NT15（ナ

ノチューブや原子層物質に関する国際会議）をフラーレン・ナノチューブ・グラフェン（FNTG）学会とともに共催する。主催は NT15 の組織委員会であるが、組織委員会の 2/3 が原子層科学

のメンバーであり、原子層科学の研究者は全員発表することになっている。FNTG 学会の幹事

会も半数が原子層科学のメンバーである。本領域は当初予定の 4 年度目の開催を待たずシンポ

ジウムを開催することになる。NT15 の参加者数は前回 NT14（米国、ロサンジェルス）の 2.5倍の 600 名を超えており、この分野の最も大きな会議となる。

3.2 A3 シンポジウムの主催、その他総括班が主催者となった会議：１年度と２年度目に、アジア３

か国（中国、韓国、日本）で持ち回りの原子層に関する A3 シンポジウムを、領域代表の齋藤

が議長（日本側主催者）として運営（２回）した。また、総括班の若林はインド日本シンポジ

ウムを、総括班の依光は台湾日本国際シンポジウムを主催者として開催した。原子層メンバー

がすべてではないが、参加者の半数以上が原子層科学のメンバーで構成されている。 3.3 市民講座、講習会の実施：原子層科学の成果を領域内外にわかりやすく説明するため、一般公

開の講習会を各種５回（別項）実施し、2015 年 8 月 3 日には、京都大学で市民講座を物理学会、

日本化学会、物理教育学会、の協賛、また各支部の共催により開催する予定である。 4 その他、領域全体を説明する本の出版：領域代表の齋藤は、2015 年１月に「フラーレン・ナノチ

ューブ・グラフェンの科学」という単著の本（高校生から一般の研究者まで広い読者層を想定）を共

立出版から出版し、原子層科学の魅力を伝えた。また理論班の青木とMIT の Dresselhaus は、”Physics of Graphene”という本を編集し、Springer から 2013 年に出版した。また評価者の榎と理論班の安藤

は、”Physics and Chemistry of Graphene –Graphene to Nano Graphene”という本を編集し、Pan Stanford 社から出版した。その他本の分担執筆、解説・総説記事が合計 25 件ある。合成班の篠原は

2015 年 6 月 28 日放送の NHK 教育のサイエンスゼロに出演する予定である。次ページ以下は計画研究ごとの主な論文及び著書のリストである。

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5.1 合成班（計画研究） 1. T. Terasawa and *K. Saiki, "Radiation Mode Optical Microscopy on the Growth of Graphene" Nat. Commun.,

6, 6834 (2015). （査読有） 2. Y. Masuda, *W. Norimatsu, and M. Kusunoki, "Formation of a nitride interface in epitaxial graphene on SiC

(0001)", Phys. Rev. B, 91, 075421-1~6 (2015). （査読有） 3. ◎H. Shirae, D.Y. Kim, K. Hasegawa, T. Takenobu, Y. Ohno, and *S. Noda, "Overcoming the quality-quantity

tradeoff in dispersion and printing of carbon nanotubes by a repetitive dispersion-extraction process" Carbon, 91, 20–29 (2015). （査読有）

4. M. Kosaka, S. Takano, K. Hasegawa, and *S. Noda , "Direct synthesis of few- and multi-layer graphene films on dielectric substrates by "etching-precipitation" method", Carbon, 82, 254–263 (2015). （査読有）

5. ◎S. Kim, P. Zhao, S. Aikawa, E. Einarsson, S. Chiashi, *S. Maruyama, “Highly Stable and Tunable n-Type Graphene Field-Effect Transistors with Polyvinyl Alcohol Films” ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 9702-9708 (2015). (査読有)

6. ◎*P. Zhao, S. Kim, X. Chen, E. Einarsson, M. Wang, Y. Song, H. Wang, S. Chiashi, R. Xiang, *S. Maruyama, "Equilibrium Chemical Vapor Deposition Growth of Bernal-Stacked Bilayer Graphene" ACS Nano, 8, 11631-11638 (2014). (査読有)

7. N. Fukui, *H. Yorimitsu, and *A. Osuka, "meso,β-Oligohaloporphyrins as Useful Synthetic Intermediates of Diphenylamine-Fused Porphyrin and meso-meso β-β Doubly Butadiyne-Bridged Diporphyrin" Angew. Chem. Int. Ed., 54, 6311–6314 (2015). （査読有）

8. ◎M. Okada, T. Sawazaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, H. Hibino, *H. Shinohara, and *R. Kitaura, "Direct Chemical Vapor Deposition Growth of WS2 Atomic Layers on hBN", ACS Nano, 8, 8273-8277, 2014. （査読有）

9. ◎S. Zhao, T. Kitagawa, Y. Miyauchi, K. Matsuda, *H. Shinohara, and *R. Kitaura, "Rayleigh scattering studies on inter-layer interactions in structure-defined individual double-wall carbon nanotubes", Nano Research, 7, 1548-1555, 2014. （査読有）

10. K. Kotsuki, S. Obata, and *K. Saiki, "Electric-Field-Assisted Position and Orientation Control of Organic Single Crystals", Langmuir, 30, 14286 (2014). （査読有）

11. ◎N. Fukui, *H. Yorimitsu, J. M. Lim, *D. Kim, and *A. Osuka, "Synthesis of 7,8-Dehydropurpurin Dimers and Their Conversion to Conformationally Constrained β-to-β Vinylene-Bridged Porphyrin Dimers", Angew. Chem. Int. Ed., 53, 4395-4398 (2014). （査読有）

12. M. Morita, *W. Norimatsu, H-J. Qian, S. Irle, and M. Kusunoki, "Atom-by-atom simulations of graphene growth by decomposition of SiC (0001): Impact of the substrate steps", Appl. Phys. Lett., 103, 141602-1-4 (2013). （査読有）

書籍及び総説 1. *W. Norimatsu and M. Kusunoki, "Structural features of epitaxial graphene on SiC {0001} surfaces (Invited

Review)". Phys. D: Appl. Phys., 47, 094017-1~16 (2014). （査読有） 2. *W. Norimatsu and M. Kusunoki, “Growth of graphene from SiC{0001} and its mechanisms” (Invited Review),

Semicond. Sci. Tech., 29, 064009-1~11 (2014). 2014 Highlighted article. （査読有） 5.2 合成班（公募研究） 1. ◎*R. Sakamoto, K. Hoshiko, Q. Liu, T. Yagi, T. Nagayama, S. Kusaka, M. Tsuchiya, Y. Kitagawa, W.-Y. Wong,

H. Nishihara、"A photofunctional bottom-up bis(dipyrrinato)zinc(II) complex nanosheet", Nature Commun, 6, 6713 (2015). （査読有）

2. ◎Y. Kobayashi, S. Sasaki, S. Mori, H. Hibino, Z. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Suenaga, Y. Maniwa, Y. Miyata, "Growth and Optical Properties of High-Quality Monolayer WS2 on Graphite", ACS Nano, 9, 4056-4063 (2015). （査読有）

3. S. Ito, *S. Hiroto, S. Lee, M. Son, I. Hisaki, T. Yoshida, *D. Kim, *N. Kobayashi, and *H. Shinokubo, "Synthesis of Highly Twisted and Fully π-Conjugated Porphyrinic Oligomers" J. Am. Chem. Soc., 137, 142-145 (2015). （査読有）

4. ◎Saito, H. Tsuji, I. Shimoyama, K. Shimizu, *Y. Nishina, "Highly durable carbon-supported Pt catalysts prepared by hydrosilane-assisted nanoparticle deposition and surface functionalization", Chem Commun, 51, 5883-5886 (2015). （査読有）

5. *T. Kato and T. Kaneko, "Optical detection of a highly localized impurity state in monolayer tungsten disulfide", ACS Nano, 8, 12777-12785 (2014). （査読有）

6. ◎*M. Panich, V. Yu. Osipov and K. Takai, "Diamagnetism of carbon onions probed by NMR of adsorbed water", New Carbon Mater., 29, 392-397 (2014). （査読有）

書籍及び総説 1. *仁科勇太，森本直樹，酸化グラフェンの合成方法とサイズ・酸化度の制御，グラフェン・コンポジット第 1 編第 1 章，S&T 出版，2014 年 07 月 15 日発刊.

- 18 -

6.1 物性班（計画研究） 1. *T. Osada, "Surface Transport in the =0 Quantum Hall Ferromagnetic State in the Organic Dirac Fermion

System", J. Phys. Soc. Jpn. 84, 053704/1-4 (2015).（査読有） 2. *T. Osada, "Edge State and Intrinsic Hole Doping in Bilayer Phosphorene", J. Phys. Soc. Jpn. 84, 013703/1-4

(2015).（査読有） 3. S. Morikawa, S. Masubuchi, R. Moriya, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *T. Machida, "Edge-channel

interferometer at the graphene quantum Hall pn junction", Appl. Phys. Lett. 106, 183101-1-4 (2015).（査読有） 4. ◎T. Yamaguchi, *R. Moriya, Y. Inoue, S. Morikawa, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *T.

Machida, "Tunneling transport in a few monolayer-thick WS2/graphene heterojunction", Appl. Phys. Lett. 105, 223109-1-4 (2014).（査読有）

5. *R. Moriya, T. Yamaguchi, Y. Inoue, S. Morikawa, Y. Sata, S. Masubuchi, and *T. Machida, "Large current modulation in exfoliated-graphene/MoS2/metal vertical heterostructures", Appl. Phys. Lett. 105, 083119-1-4 (2014).（査読有）

6. H. Shioya, S. Russo, M. F. Craciun, M. Yamamoto and S. Tarucha, "Straining graphene using thin film shrinkage methods", Nano Lett. 14, 1158 (2014). （査読有）

7. *Z. Liu, Y. C. Lin, C. C. Lu, C. H. Yeh, P. W. Chiu, S. Iijima, K. Suenaga, "In situ observation of step-edge in-plane growth of graphene in a STEM", Nat. Comm., 5: 4055 (2014).（査読有）

8. C. C. Lu, Y. C. Lin, *Z. Liu, C. H. Yeh, K. Suenaga, P. W. Chiu, "Twisting Bilayer Graphene Superlattices", ACS Nano 7, 2587-2594 (2013). （査読有）

9. J. H. Warner, *Z. Liu, K. He, A. W. Robertson, K. Suenaga, "Sensitivity of Graphene Edge States to Surface Adatom Interactions", Nano Lett. 13, 4820-4826 (2013). （査読有）

10. E. Noguchi, K. Sugawara, R. Yaokawa, T. Hitosugi, H. Nakano, and *T. Takahashi, "Direct observation of Dirac cone in multilayer silicene intercalation compound CaSi2", Adv. Mater. 27, 856-860 (2015). （査読有）

11. *J. Kleeman, K. Sugawara, T. Sato, and T. Takahashi, "Anisotropic electron-phonon coupling in Rb-intercalated bilayer graphene", J. Phys. Soc. Jpn. 83, 124715 (2014). （査読有）

12. Toru Takahashi, *K. Sugawara, E. Noguchi, T. Sato, and T. Takahashi, "Band-gap tuning of monolayer graphene by oxygen adsorption", Carbon 73, 141-145 (2014). （査読有）

6.2 物性班（公募研究） 1. *N. Nagamura, R. Hobara, T. Uetake, T. Hirahara, M. Ogawa, T. Okuda, K. He, P. Moras, P. M. Sheverdyaeva,

C. Carbone, K. Kobayashi, I. Matsuda, and S. Hasegawa, "Anisotropic Electronic Conduction in Metal Nanofilms Grown on a One-Dimensional Surface Superstructure", Phys. Rev. B 89, 125415 (2014).

2. K. Murakami, T. Dong, Y. Kajiwara, T. Hiyama, T. Takahashi1, E. Takai, G. Ohashi, K. Shiraki, and *J. Fujita, "Synthesis of graphene nanoribbons from amyloid templates by gallium solid-phase graphitization using gallium vapor catalyst", Appl. Phys. Lett. 104, 243101 (2014).

3. K. Katakura, H. Tomori, Y. Ootuka, and *A. Kanda, "Surface morphology of multilayer graphene synthesized directly on silicon dioxide", Phys. Status Solidi C 10 (2013) 1628–1631.（査読有）

4. *I. Katayama, K. Sato, S. Koga, J. Takeda, S. Hishita, H. Fukidome, M. Suemitsu and M. Kitajima, "Coherent Nanoscale Optical -Phonon Wavepacket in Graphene Layers", Phys. Rev. B. 88, 245406-1-5 (2013).（査読有）

5. *T. Koyama, T. Tsunekawa, T. Saito, K. Asaka, Y. Saito, H. Kishida, and A. Nakamura, "Synthesis and Photophysics of Quaterrylene Molecules in Single-Walled Carbon Nanotubes: Excitation Energy Transfer between a Nanoscale Cylinder and Encapsulated Molecules", J. Phys. Chem. C 118, 21671-21681 (2014). （査読有）

6. ◎S. Mouri, Y. Miyauchi, M. Toh, W. Zhao, G. Eda, and *K. Matsuda, "Nonlinear photoluminescence in atomically thin layered WSe2 arising from diffusion-assisted exciton–exciton annihilation", Phys. Rev. B 90, 155449-1-5 (2014).（査読有）

7. ◎K. Hatakeyama, H. Tateishi, T. Taniguchi, M. Koinuma, T. Kida, S. Hayami, H. Yokoi, *Y. Matsumoto, "Tunable Graphene Oxide Proton/Electron Mixed Conductor that Functions at Room Temperature", Chem. Mater. 26, 5598-5604 (2014). (査読有)

7.1 応用班（計画研究）

1. ◎N. Takahashi, T. Taniguchi, K. Watanabe, and *K. Nagashio, "Atomic layer deposition of Y2O3 on h-BN for a gate stack in graphene FETs", Nanotechnology, 26, 175708-1-6, (2015). (査読有)

2. ◎M. Yamamoto, S. Dutta, S. Aikawa, S. Nakaharai, K. Wakabayashi, M. S. Fuhrer, K. Ueno, *K. Tsukagoshi, "Self-limiting layer-by-layer oxidation of atomically thin WSe2", Nano Lett. 15, 2067-2073 (2015). (査読有)

3. *Y. Okigawa, R. Kato, M. Ishihara, T. Yamada, *M. Hasegawa, “Electrical properties and domain sizes of graphene films synthesized by microwave plasma treatment under a low carbon concentration”, Carbon, 82, 60-66 (2015). (査読有)

4. ◎Y. Hattori, T. Taniguchi, K. Watanabe and *K. Nagashio, "Layer-by-Layer Dielectric Breakdown of Hexagonal Boron Nitride", ACS nano, 9, 916-921 (2015). (査読有)

- 19 -

5. S.-L. Li, K. Komatsu, S. Nakaharai, Y.-F. Lin, M. Yamamoto, X. Duan, and *K. Tsukagoshi, "Thickness Scaling Effect on Interfacial Barrier and Electrical Contact to Two-Dimensional MoS2 Layers", ACS Nano, 8, 12836-12842 (2014). (査読有)

6. ◎Y. -F. Lin, Y. Xu, S. -T. Wang, S. -L. Li, M. Yamamoto, A. Aparecido-Ferreira, W. Li, H. Sun, S. Nakaharai, W.-B. Jian, K. Ueno, and *K. Tsukagoshi, "Ambipolar MoTe2 Transistors and Their Applications in Logic Circuits, Adv. Mater., 26, 3263-3269 (2014). (査読有)

7. ◎M. Yamamoto, S. T. Wang, M. Ni, Y. -F. Lin, S. -L. Li, S. Aikawa, W. -B. Jian, K. Ueno, K. Wakabayashi, and *K. Tsukagoshi, "Strong Enhancement of Raman Scattering from a Bulk-Inactive Vibrational Mode in Few-Layer MoTe2", ACS Nano, 8, 3895-3903 (2014). (査読有)

8. R. Kato, K. Tsugawa, Y. Okigawa, T. Yamada, M. Ishihara, *M. Hasegawa, “Bilayer graphene synthesis by plasma treatment of copper foils without using a carbon-containing gas”, Carbon, 77, 823-828 (2014). (査読有)

9. M. -Y. Chan, K. Komatsu, S. -L. Li, Y. Xu, P. Darmawan, H. Koramochi, S. Nakaharai, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *K. Tsukagoshi, "Suppression of thermally activated carrier transport in atomically thin MoS2 on crystalline hexagonal Boron Nitride substrates", Nanoscale, 5, 9572-9576 (2013). (査読有)

10. H. S. Song, S. L. Li, L. Gao, Y. Xu, K. Ueno, J. Tang, Y. B. Cheng, and *K. Tsukagoshi, "High-performance top-gated monolayer SnS2 FETs and their integrated logic circuits", Nanoscale, 5, 9666 (2013). (査読有)

11. R. Ifuku, *K. Nagashio, T. Nishimura, and A. Toriumi, "The density of states of graphene underneath a metal electrode and its correlation with the contact resistivity", Appl. Phys. Lett., 103, 033514-1-5 (2013). (査読有)

12. *T. Yamada, M. Ishihara, M. Hasegawa, “Low Temperature Graphene Synthesis from Poly(methyl methacrylate) Using Microwave Plasma Treatment”, Appl. Phys. Express, 6, 115102-1-3 (2013). (査読有)

13. *Y. Okigawa, K. Tsugawa, T. Yamada, M. Ishihara, *M. Hasegawa, “Electrical characterization of graphene films synthesized by low-temperature microwave plasma chemical vapor deposition”, Appl. Phys. Lett., 103, 153106-1-4 (2013). (査読有)

書籍及び総説 1. K. Nagashio, A. Toriumi, “Graphene/metal contact” in Frontiers of graphene and carbon nanotubes -Devices

and applications-, Springer, 2015, pp.53-78. [ISBN: 978-4-431-55371-7]. 2. ◎上野啓司，塚越一仁，”原子層エレクトロニクスに向けたカルコゲナイド系層状物質の基礎物性と薄

膜形成手法”, 応用物理, Vol.83，No.4，274-278，2014. 3. 上野啓司, “グラフェン透明電極の溶液塗布による作製と応用”, グラフェン・コンポジット第 2 編第 4

章，S&T 出版，2014 年 07 月 15 日発刊. 7.2 応用班（公募研究） 1. *R. Nouchi and K. Tanigaki, “Competitive interfacial charge transfer to graphene from the electrode contacts

and surface adsorbates”, Appl. Phys. Lett., 106, 083107-1-5 (2015). 2. D. Voiry, A. Goswami, R. Kappera, C. de Carvalho, C. e Silva, D. Kaplan, T. Fujita, M. W. Chen, T. Asefa, and

*M. Chhowalla, "Covalent functionalization of monolayered transition metal dichalcogenides by phase engineering", Nature Chemistry, 7, 45-49 (2015).

3. Y. -H. Chang, W. Zhang, Y. Zhu, Y. Han, J. Pu, J. –K. Chang, W. -T. Hsu, J. -K. Huang, C. -L. Hsu, M. -H. Chiu, T. Takenobu, H. Li, C. -I. Wu, W. -H. Chang, A. T. S. Wee, and *L. -J. Li, "Monolayer MoSe2 Grown by Chemical Vapor Deposition for Fast Photodetection", ACS Nano, 8, 8582-8590 (2014).

4. Y. Sano, *I. Kawayama, M. Tabata, K. A. Salek, H. Murakami, M. Wang, R. Vajtai, P. M. Ajayan, J. Kono, and M. Tonouchi, "Imaging molecular adsorption and desorption dynamics on graphene using terahertz emission spectroscopy", Sci. Rep., 4, 6046-1-4 (2014).

5. X. He, N. Fujimura, J. M. Lloyd, K. J. Erickson, A. A. Talin, Q. Zhang, W. Gao, Q. Jiang, Y. Kawano, R. H. Hauge, *F. Leonard and *J. Kono. "Carbon Nanotube Terahertz Detector", Nano Lett., 14, 3953-3958 (2014).

6. ◎N. Fukaya, D. Y. Kim, S. Kishimoto, S. Noda, and *Y. Ohno, "One-Step Sub-10 um Patterning of Carbon-Nanotube Thin Films for Transparent Conductor Applications", ACS Nano, 8, 3285-3293 (2014).

書籍及び総説 1. Y. Ohno, “High-Mobility Thin-Film Transistors for Flexible Electronics Applications” in in Frontiers of

graphene and carbon nanotubes-Devices and applications-, Springer, 2015, pp. 269-283. [ISBN: 978-4-431-55371-7].

2. Y. Kawano, "Terahertz Technology based on Nanoelectronic Devices" in High-Speed Devices and Circuits with THz Applications, pp. 1-26, CRC Press, 2014. [ISBN: 9781466590113].

8.1 理論班（計画研究）

1. *T. Habe and M. Koshino , "Spin-dependent refraction at the atomic step of transition-metal dichalcogenides", Phys. Rev. B, 91, 201407-1-5(R) (2015). (査読有) 2. B. Hunt, J. D. Sanchez-Yamagishi, A. F. Young, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Moon, Mikito Koshino, *P.

Jarillo-Herrero, R. C. Ashoori, "Massive Dirac fermions and Hofstadter butterfly in a van der Waals heterostructure", Science 340, 1427-1430 (2013). (査読有)

3. C. R. Dean, L. Wang, P. Maher, C. Forsythe, F. Ghahari, Y. Gao, J. Katoch, M. Ishigami, P. Moon, M. Koshino, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. L. Shepard, J. Hone, and *P. Kim, "Hofstadter's butterfly in moire superlattices: A fractal quantum Hall effect", Nature 497, 598-602 (2013). (査読有)

- 20 -

4. A. L. Grushina, D. K. Ki, M. Koshino, A. A. L. Nicolet, C. Faugeras, E. Mccann, M. Potemski and A. F. Morpurgo, "Insulating state in tetra layers reveals an even-odd interaction effect in multilayer graphene", Nature Comm. 6, 6419-1-7 (2015)

5. ◎*H. Guo, T. Yang, M. Yamamoto, L. Zhou, R. Ishikawa, K. Ueno, K. Tsukagoshi, Z.Zhang, M.S. Dresselhaus, R. Saito, "Double resonance Raman modes in monolayer and few-layer MoTe2"

6. Phys. Rev. B, 91, 205415-1-8 (2015). (査読有) 7. *E. H. Hasdeo, A. R. T. Nugraha, M. S. Dresselhaus, R. Saito, "Breit-Wigner-Fano line shapes in Raman

spectra of graphene", Phys. Rev. B 90 245140-1-8 (2014). （査読有） 8. *J. F. Rodriguez-Nieva, E. B. Barros, R. Saito, and M. S. Dresselhaus, "Disorder-induced double resonant

Raman process in graphene", Phys. Rev. B 90, 235410-1-9, (2014). （査読有） 9. *Y. Hamamoto, T. Kawarabayashi, H. Aoki and Y. Hatsugai, "Spin-resoloved chiral condensate as a

spin-unpolarized ν=0 quantum Hall state in graphene", Phys. Rev. B 88, 195141-1-6 (2013).（査読有） 10. *Y. Hatsugai and H. Aoki, "Polarization as a topological quantum number in graphene", Phys. Rev. B 90,

045206-1-6 (2014). （査読有） 11. *P. A. Maksym and H. Aoki: "Magnetic field controlled vacuum charge in graphene quantum dots with a mass

gap", Phys. Rev. B 88, 081406(R)-1-5 (2013). （査読有） 12. *Y. Sakai, S. Saito, and M.L. Cohen, "Electronic properties of B-C-N ternary kagome lattices", Phys. Rev. B, 91,

165434-1-6 (2015). （査読有） 13. *Y. Sakai, S. Saito, and M.L. Cohen, "Lattice matching and electronic structure of finite-layer graphene/h-BN

thin films", Phys. Rev. B 89 115424-1-6 (2014).（査読有） 14. *H.-Y. Deng, K. Wakabayashi, C.-H.Lam, "Formation Mechanism of Bound States in Graphene Point Contacts"

, Phys. Rev. B 89, 045423-1-9 (2014). （査読有）書籍及び総説 1. H. Aoki and M. S. Dresselhaus (ed.), "Physics of Graphene" (Springer,2014). [ISBN: 978-3-319-02632-9] 2. M. Koshino and T. Ando "Electronic Properties of Monolayer and Multilayer Graphene", in H. Aoki and M. S.

Dresselhaus (ed.): Physics of Graphene (Springer, 2014), Ch.6, pp. 173-211. 3. Y. Hatsugai and H. Aoki, "Graphene --- topological properties, chiral symmetry and their manipulation", in H.

Aoki and M. S. Dresselhaus (ed.): Physics of Graphene (Springer, 2014), Ch.7, pp. 213-250. 8.2 理論班（公募研究） 1. M. Maruyama and S. Okada, "Two-dimensional sp2 carbon networks of fused pentagons", Jpn. J. Appl. Phys.

53, 06JD02-1-4 (2014). (査読有) 2. K. Yoneda, H. Matsui, K. Fukuda, S. Takamuku, R. Kishi, *M. Nakano, "Open-shell characters and second

hyperpolarizabilities for hexagonal graphene nanoflakes including boron nitride domains", Chem. Phys. Lett. 595-596, 220-225 (2014). (査読有)

3. Maxim Ziatdinov, Shintaro Fujii, Koichi Kusakabe, Manabu Kiguchi, Takehiko Mori, Toshiaki Enoki, "Direct imaging of monovacancy-hydrogen complexes in a single graphitic layer", Phys. Rev. B 89, 155405-1-15 (2014). （査読有）

4. T. Nakanishi, T. Ando, "Effective-mass theory of collapsed carbon nanotubes", Phys. Rev. B, 91, 155420-1-16 (2015). （査読有）

【以下、非公開部分】

[2015]

1.グラフェン／ＳｉＣ複合材料の製造方法楠美智子, 乗松航, 包建峰

特願 2015-35117, 2015年 2月 25日出願.

2. 出願 3件 (AIST中西登録(1件)、長谷川登録（2件）：非公開のため件数のみ)

[2014]

1. Method for producing graphene, graphene produced on substrate, and graphene on substrate, Suguru

Noda, Soichiro Takano, US Patent No.8772181, July 8th, 2014.

2. 基板上グラフェンの製造方法、基板上グラフェン、ならびに、グラフェンデバイス

野田優，高野宗一郎, 大韓民国特許第 10-1396419号，2014年 5月 12日登録．

3.出願 1件 (AIST長谷川登録：非公開のため件数のみ)

[2013]

3.出願 2件 (AIST長谷川登録：非公開のため件数のみ)

- 21 -

６. 研究組織（公募研究を含む）と各研究項目の連携状況（２ページ程度）

領域内の計画研究及び公募研究を含んだ研究組織と領域において設定している各研究項目との関係を記述し、研究組織間

の連携状況について組織図や図表などを用いて具体的かつ明確に記述してください。

６．１：計画研究及び公募研究を含んだ研究組織における関係と現状に対する評価：

下図が発足時に提案した研究組織図である。総括班と公募研究を含む４つの計画班の合計５つの班か

ら成り、各班で設定された研究項目を６角形の中に示した。また班と班を結ぶ矢印によって、研究組

織間の連携状況に係る項目を示した。この図の中に、独自に作成した中間報告書（日本語 280 頁）を

もとに、項目ごとに総括班で評価を加えた。◎：予想以上の成果がある、もしくは、予想より早い展

開がある、〇：計画通りに進行している、△：これから計画が始まる、もしくは予想より少ない結果

になっている。公募研究が独自に設定した研究項目もあるが、公募研究がスタートしてまだ１年であ

ること、また多くは計画研究と共同で動いているので、新たな研究項目は付け加えていない。図でわ

かるように、計画はおおむね順調に進んでいるが、△がついた項目もある。これは、年次進行に伴う

項目や、新たに購入した装置のテストなど時間がかかるものと個別に分析している。いずれも、最終

年度時には十分に達成できると考えられる。

図：発足時の研究項目と共同体制（赤字は評価：◎予想以上、○予想通り、△展開中。

６．２：共同研究の分析

６．２．１：共同研究の総数：新学術領域研究においては、当初より共同研究の推進によるシナジー効果

を総括班の戦略として進めてきた関係で、総数 158 件という驚異的な共同研究が達成された。この件数

は、１件当たり 2 ないし 3 の研究者がかかわっているので、延人数にすると 300 以上の数になり、構成員

- 22 -

が少なくとも 2-3 件の共同研究を実施したことになる。しかし、この数字が独り歩きしないように、原子

層科学における特殊な状況を説明する必要がある。特殊な状況であっても、共同研究が広く行われたこと

は間違いない。６．２．２：共同研究の内訳：総数 158 件領域発足後に始まった共同研究 119 件（うち領域会議をきっかけとするもの 20 件）領域発足以前からの共同研究 39 件総数 154 件のうち、領域発足以前からの共同研究がそのまま発展したものが 38 件で、残り 116 件が領域

発足後に始まった共同研究である。このうち領域会議における議論がきっかけとなったものが 19 件であ

る。このように、領域開始後に新たに共同研究が始まったケースが発足以前の 4 倍あるのは、原子層科学

が共同研究を非常に重視した結果であるといえる。総数 154 件のうち国際共同研究 101 件（うち 75 件が渡邊賢司による h-BN 結晶の海外提供）この共同研究全体154件のうち国際共同研究が101件あるのも、原子層科学の大きな特徴であるといえる。

この 4 分の 3 にあたる 75 件が、渡邊賢司（応用班計画研究、NIMS）と海外の研究機関との h-BN 結晶

提供に関する共同研究である。何故 h-BN 結晶が重要かというと、h-BN は原子面として完璧に平坦かつ

不活性であるので、h-BN を基板とし、その上に原子層物質を載せることで、そのほかの SiO2や銅などの

基板よりはるかに良い結果が得られるからである。例えばグラフェンの電子移動度は、h-BN 基板のほう

が SiO2基板より値が 10 倍以上大きく、得られる結果が顕著に違う。高圧合成で得られた大きな h-BN 結晶は、世界でまだ渡邊（と共同研究者の谷口）だけが作製可能であり、しかも希望する研究者に無条件に

近い形で供給されている。そのため、原子層科学で Nature, Science などの雑誌に発表される原子層物質

の論文は、ほぼ標準試料として h-BN 基板が使われていて、渡邊・谷口が共著者となっている。領域内の共同研究のネットワーク 83 件

(左図) 班間の共同研究。ル

ープは班内の共同研究。外部

は、外国及び領域外を指す。

（右図）計画研究と公募研究

間の共同研究。図に、渡邊と海外の共同研究契約 75 件を除いた 83 件の、計画研

究間および外部とのネットワークを示した（１つの共同研究で３

つ以上の班にまたがるものがあるので各図で合計が 83 件以上あ

る。）また、右図は計画研究と公募研究および外部との共同研究の件数である。この図からわかることは、

(1)４つの班とも外部との共同研究が多い。これは単純に外部の組織の数が非常に多いことによる。(2)３つ

の実験班は、班の構成員と同数程度の共同研究を班の内外と推進している。(3)ほぼすべての公募研究は、

１つ以上の共同研究を実行している。（これは公募研究の条件として、計画研究との共同研究の可能性を

出してもらったことによる。）(4) 公募研究間、また物性班以外の３つの班内における共同研究も活発に行

われている。(5) 国際共同研究 101 件全体で、下記の 19 か国との共同研究がおこなわれている。h-BN 結晶

提供 75 件を除いても、国際共同研究が 26 件ある。ドイツ、台湾、アメリカ、中国、韓国、シンガポール、

スイス、イギリス、フランス、イタリア、スペイン、オランダ、オーストリア、オーストラリア、カナダ、

ロシア、サウジアラビア、ベルギー、イスラエル

合成班物性班

応用班理論班

13

7 7 9 3

5

12

6

3

外部16

19

19

14

1

計画研究公募研究

外部

35 823

42 26

- 23 -

７. 若手研究者の育成に係る取組状況（１ページ程度）

領域内の若手研究者の育成に係る取組状況について記述してください。原子層科学では若手研究者育成に係る取組として、実験や理論に関する各種講習会を開催している。

これらは、物理、化学、工学に広い分野にわたる領域研究者間の知識交換にも非常に役に立っている。

各種講習会は一般にも公開して領域外からの参加をいただいており、社会貢献の一部にもなってい

る。（下記カッコ内は講習会主催者） 1. 原子層作製講習会：2013.12.4-5 東京大学（町田）、 2014.11.7 東京大学（町田）：単結晶グラファイトからグ

ラフェンをスコッチテープで剥離し、リソグラフィーで電

極を付けデバイスを作るという講習会である。実験室レベ

ルでの原子層デバイスの作製では、このスコッチテープ法

が現在も主流である。多くの若い研究者が実際に体験で

き、大変好評であった。好評につき 2 回目も開催した。 2. 第一原理電子構造計算講習会：2014.2.27-28 東京工

業大学（齋藤晋）：本講習会は、Quantum Espresso と

いう第一原理エネルギーバンド計算プログラムを使っ

て原子層物質のエネルギーバンドを計算する講習会で

ある。実験の研究者もバンド計算ができるようになった。 3. グラフェンミニ講演会：2014.2.19 名古屋大学（楠）：この講演会では、CVD 法など各種原子層合成法の講習会

を行った。ミニ講演会とサンプル展示交流会、研究室見学

会も行い，外部の企業や研究所からの多くの参加があった

ことから、大きな社会貢献となった。 4. カルコゲナイド結晶成長講習会：2014.8.7 東京大学（上

野）：研究の進展が著しいカルコゲナイド系層状物質の結晶

成長に関して，基本から学ぶ講習会である。試料購入から蒸

気圧の高い試料を石英アンプルに真空封入する方法等に関

して、動画を交えた説明があった。 5. 新量子相レクチャーシリーズ：2015.1.27-28 東京大

学・物性研（長田）：原子層全体会議に合わせて、新学術

領域外で活躍の岩佐先生、江澤先生をお招きし、実験・

理論の原子層関連の最新の成果を発表いただいた。領域

内外から多数の参加者があり、活発な質疑応答がなされ

た。 6. グラフェン道場: 2015.2.16-19 東北大（越野）: この講習会は、２日間にわたり冬の学校形式で行い、原子

層科学の物理理論でわかりにくいところを集中講義し、演

習も行った。特に、留学生向けに英語のクラスも併設した。

懇親会では参加者に自分の研究テーマの紹介などもして

もらい、若手研究者間の交流も行われた。

グラフェンの剥離し電極を付ける

スクリーンに計算結果を表示して完成写真

サンプル展示交流会の様子

レクチャーの様子。若手だけでなく多くの参加者があった。

講義だけでなく、演習も行った。

n-WSe2

5 mm

p-WSe2

MoS21 mm

1 mm1 mm

MoTe2

バルク層状結晶(講演資料より)。

- 24 -

８. 研究費の使用状況（設備の有効活用、研究費の効果的使用を含む）（１ページ程度）

領域研究を行う上で設備等（研究領域内で共有する設備・装置の購入・開発・運用・実験資料・資材の提供など）の活用

状況や研究費の効果的使用について総括班研究課題の活動状況と併せて記述してください。 1. 総括班の研究費：総括班では、新学術領域のWebサーバーを購入し、広報活動、文書サーバー、

領域内連絡などに非常に効率的に利用している。大きな実験設備はすべて計画研究で購入している。

博士研究員の雇用に関しては、多くの要望があることを踏まえて、総括班で博士研究員を一括して

雇用し適切に配置することで、効果的な研究費使用を試みた。一方で、総括班の予算が削減されて

配分された場合に、人件費を削減することはできない、といった問題点が発生した。ニュースレタ

ーや独自に発行した中間報告書（日本語280頁、英語170頁）はすべてPDF形式にして提供し、Web上からDownloadできるようにした。昨今のインターネットが普及した状況下では、400程度のダウ

ンロード数は１ヶ月で達成できた。Webサーバーではダウンロード統計を取っていて、最もダウン

ロードされた文書は、2ヶ月で1000回以上ダウンロードされるなど、印刷物よりもはるかに影響力が

高い。また本新学術領域は、FacebookやGoogle Formなど比較的若い人が利用する無料の手段を使

って情報公開を行っており、一般市民の目に留まることが多い。以下、計画研究で購入した主な大

型設備について運用状況を説明する。 2. 合成班の研究費の使用状況：初年度（25年度）に合成班に重点配分さ

れた予算により、グラフェンをはじめとする原子膜合成研究が可能にな

り、他の計画研究に試料を提供することで、有効な運用ができた。高品質

グラフェン成長のため、H25年度に高真空赤外線加熱炉（写真）を導入し

た。この炉の導入の結果、5×5 mm2サイズの単結晶グラフェン試料を領

域内に広く提供できるようになった。(楠) 3. 物性班の研究費の使用状況：平成26年度に研究費の重点配分を受けて、

大型設備の導入・整備を行った。まずグラフェンの磁場中の物性を明らか

にするために、現有装置を上回る強磁場を発生する15T超伝導磁石（写真）

を平成26年度に東大生産研に共用設備として導入した。これにより従来観

測困難であった量子ホール現象の実験が可能となった。またフォスフォレ

ンやモット絶縁体NiGa2S4などの評価を行う必要性から、顕微ラマン分光

装置を平成26年度に東大物性研に導入した。角度分解光電子分光(ARPES)については、原子層物質におけるスピン軌道相互作用の評価のために、

VLEED装備のスピン分解ARPES装置を構成し、エネルギー分解能6 meVを達成した。 4. 応用班の研究費の使用状況：応用班は、平成27年度に研究費の重点

配分としているが、成長系及び測定系に関しては、研究期間の早い時

期に導入・整備を行った。様々な原子層物質の結晶成長を行うため、

バルク単結晶成長用電気炉（写真）及びCVD薄膜成長用電気炉を導入

した。バルク単結晶成長用電気炉は3ゾーン型、各ゾーン最高1200℃加

熱が可能なものであり、2式導入したことにより、複数のカルコゲナイ

ド系層状物質単結晶成長を同時に行うことが可能となった。これまで

に10種類以上の層状化合物単結晶成長に成功し試料提供を行った。 5. 理論班の研究費の使用状況：平成26年度に原子層薄膜、原子層複合系の電子構

造の計算及び構造計算を目的として数値計算サーバー（CPU: Intel Xeon E5-2680v3 (2.5G/TB3.3GHz, 12core×2)２台を購入し東北大学に配備した（写

真）。平成26年度よりグラフェン、遷移金属カルコゲナイドを始めとする原子薄

膜の電子構造計算、及び磁場中のスペクトル及び電気伝導の計算が行われていて、

計算結果は実験との共同研究の解析に利用されている。

- 25 -

９. 総括班評価者による評価（２ページ程度）

総括班評価者による評価体制や研究領域に対する評価コメントを記述してください。

【本新学術領域の設置趣旨と目標】

2010年ノーベル物理学賞の対象となったガイムとノヴォセロフによるグラフェン（単原子

層グラファイト）の創成とそこで実現されるディラック電子など興味深い物理の展開を契機

として、数原子層以下の「原子層」系の開発研究がさまざまな物質を対象として世界的に急

激な発展を示している。本領域はわが国のこの分野の実験・理論研究者を結集して、原子層

科学の格段の発展を期するものである。海外におけるこの新興分野の近年の活動を見る時、

時機を逸せずに本領域が 2013 年に立ち上がったことは我が国の物性科学にとっても幸いで

あった。

原子層の研究は基礎的科学として、また応用研究・実用化研究として大きな注目を集め、

EU、韓国、アメリカ、中国、シンガポール等では国家的プロジェクトが推進している。特に、

EU の Graphene Flagship 10 億ユーロ（約 1,200 億円）や英国、韓国、シンガポールの 100 億円を超える大きな研究プロジェクトが現在動いていて、物理、化学、材料科学、電子工学等、

多様な分野から多くの研究者が参加した研究が爆発的な勢いで進められている。2010 年ごろ

から原子層科学に関する研究は、炭素原子からなるグラフェン以外の各種原子層物質の開拓

にまで発展し、新たな原子層物質の研究分野が創製されてきている。このような世界の趨勢

の中で、原子層物質の研究に関しては、日本は相対的にアクティビティが低く、世界各国の

研究現状からは遅れをとっている。このような現状は、日本が炭素ナノチューブ等のナノ炭

素の科学研究で世界をリードしてきた今までの関連分野の状況とは対照的であり、EU 他から

も、日本の研究の活性化への期待が寄せられていた。この中で、原子層物質の日本での包括

的プロジェクトとして本新学術領域「原子層科学」は 2013 年にスタートした。日本では、原

子層物質の関連分野では従来より裾野の広い基礎研究が物理、化学、材料科学等の分野で行

われてきており、このような高い日本の学術研究のポテンシャルの上に立った本プロジェク

トは、今まで遅れをとっていた研究を急速に前進させるとともに、原子層科学の分野で日本

がリーダーシップをとる重要なスタートと評価されるものである。

【総括班評価者による評価体制】

総括班評価者は、本領域の研究成果発表会や各計画班の研究会等に可能な限り出席し、研

究の進捗状況を把握するとともに、総括班会議において領域運営や成果発信の在り方に関し

て助言を行っている。領域運営に係る総括班メンバー間のメールのやりとりは評価担当者に

も同報されており、リアルタイムでの状況把握に役立っている。

【研究成果・領域運営等に関する評価コメント】本領域は、理論、化学合成、物理測定、応用展開、など多様なバックグラウンドの研究者

を結集している。本プロジェクトの成否は、それらが上手く噛み合い有効な協力体制を築く

- 26 -

ことにかかっている。本プロジェクトでは(1)原子層の合成法の探索（化学、工学）、(2)原子

層固有の物性の探求（物理、工学）、(3)原子層デバイスへの応用（工学、物理）、(4)原子層

電子状態の理論の構築（物理、化学）の４つの分野を設定し、この４つの分野を有機的に連

携させることにより、原子層物質の設計と物性探索を包括的に進めている。このような研究

組織は、現状において我が国の関連研究者の持つポテンシャルを最大限に引き出し得るもの

と認められる。担当する計画班、公募班の研究者のアクティビティも高く、国際的に評価さ

れている。年２回開催される全体会議は既に４回を数え、積極的に分野間交流を促す会議の

プログラム編成により、異分野間共同研究の萌芽が生まれ、そこからの興味ある成果も出つ

つある。その中でも特筆すべきものとして以下が挙げられる。(1)SiC 熱分解法によるミリメ

ートルスケールの低欠陥単結晶グラフェン成長を実現とそれを用いた量子ホール測定や量子

容量測定、(2)窒化ホウ素、遷移金属カルコゲナイド、シリセン、フォスフォリン等の新しい

原子層物質の実験と理論による連携した研究等。優れた研究成果も出つつあり、Ca ドープに

よるグラフェンの電子状態を制御と電荷密度波形成、K ドープによる複数層 FeSe 原子層で

の 50K 超伝導の観測、グラフェンナノリボンからナノチューブの合成、赤外線フォノン誘起

による層状物質の層間距離の縮小を第一原理計算で予測、シリセンの基盤電子構造解明、高

い電気伝導性を持った３次元グラフェンの開発等が挙げられる。プロジェクトスタートから

２年という時点での研究活動成果として、高く評価されるものである。本領域ではまた、国内外との研究者やコミュニティーとの対外的な交流の積極的に行い、

裾野の広い研究の展開をしている。日本物理学会でのシンポジウム、日中韓でのシンポジウ

ム(A3)、Indo-Japan Workshop、ナノチューブの国際会議(NT15)、NSF-Japan Workshop、EU-Japan Workshop（予定）等の開催を行っている。グローバルな研究展開を進めているものと高く評

価され、この分野における我が国の存在感を高めているものと認められる。領域内外の共同研究に関して、例えば原子層科学探求の基礎となるべき試料合成について

言えば、基礎物性の探求には剥離法による高品質単結晶片の処理法の開発、応用を見据えた

研究には CVD や表面熱分解法による大面積試料の作製法の開発、が鍵となるが、本領域では

それぞれの専門家が物理測定の研究者と協力して相互乗り入れで研究を進める体制が構築さ

れている。領域発足から中間点までの活動では、個々の計画研究や公募研究の活動もさるこ

とながら、互いに異なる学識や技術を持つ領域メンバー間の相互理解と協力基盤の構築に努

めたことが評価される。「原子層作製講習会」、「グラフェン道場」、「新量子相レクチャーシリ

ーズ」などの活動は、領域内での技術ノウハウの共有や理論的基礎の学習など、若手研究者・

大学院生にとって極めて有益な研鑽の場を提供している試みであり、他の新学術領域の手本

となり得るものと評価できる。領域代表者のリーダーシップのもと、特に総括班メンバー間

で頻繁にコミュニケーションがとられており、領域の運営は極めて良好である。

現在、プロジェクトは３年目となる。本領域の活動は総じて順調と認められるが、一方、海

外では大規模な研究推進の動きも見られることから、本領域には我が国のこの分野の研究を

いっそう牽引することが求められる。折返し地点から後半戦を迎える状況にあるが、プロジ

ェクト内外での一層の交流、協力体制の強化を進めるとともに、得られつつある重要な研究

成果を踏まえ、国際的な発信を更に積極的に進めることが期待される。

- 27 -

10. 今後の研究領域の推進方策（２ページ程度）

今後どのように領域研究を推進していく予定であるか、研究領域の推進方策について記述してください。また、領域研

究を推進する上での問題点がある場合は、その問題点と今後の対応策についても記述してください。また、目標達成に向

け、不足していると考えているスキルを有する研究者の公募研究での重点的な補充や国内外の研究者との連携による組織

の強化についても記述してください。

原子層科学の発足後、新原子層物質の台頭に

より研究対象が一気に広がった。このため新

学術領域研究も新原子層物質の合成を強化す

るなどの体制を作ってきた。今後の領域の推

進方策として、以下の４点を進める。

１．国際共同研究の推進：

(背景)原子層科学を取り巻く研究は国際的で

あり、諸外国も共同研究によってプロジェク

トの効率化を図るため、日本との共同研究の

可能性を探る動きがすでに始まっている。

2015年 3月には米国 NSF財団の調査団が来日

し、また 2015年 10月には EUのグラフェンフ

ラグシップのメンバーが来日して東京で会議

を行い（予定）、今後の共同研究推進を模索し

ている。また、アジア各国（中国（A3）、韓国（A3）、台湾、香港、シンガポール）との交流も継続

して行い、その中で新学術領域研究の推進に役立つ展開を考えている。

(問題点) h-BN の試料提供が広がるなか、ランニングコストを本新学術領域研究でサポートしてい

ない。（渡邊は連携研究者として、研究分担者（塚越）に配分された予算を使って、h-BNの高品質化

を研究している。）現在の共同研究の実績とそぐわない。また国際共同研究が個別に行われていて、

領域全体にメリットがあるような体制になっていない。さらに、国際共同研究を積極的に進めるよ

うな研究予算がないので、個別の研究予算の中で試料のやり取りや理論の提供などを強いられ，共

同研究の繫がりが強くないという問題点がある。

(推進方策)現在進行中の国際共同研究の中から原子層科学全体の推進に必要なテーマを選び、総括

班でサポートする体制をとる。またグラフェンフラグシップや A3シンポジウムをあわせ、４年度に

新たに国際シンポジウムを開催し、より効率的な研究体制を考えていく。また平成 27年度独立行政

法人日本学術振興会年度計画にある、新しい国際共同研究加速基金などの予算に今後応募し、サポ

ート体制の強化をはかる。

２．新原子層物質合成、物性探索の強化策：

(背景) 発足時は、主にグラフェンの物性やデバイス作製を中心に考えており、新しい原子層物質

への着手は、第 3 年度次にスタートする予定であった。しかしカルコゲナイド層状物質原子層の新

規物性測定や、その他の新規原子層物質、特に半導体原子層、絶縁体原子層の合成や理論などにつ

いての研究が、この２年で世界的かつ矢継ぎ早に発生した。

(問題点) 研究項目以上の新しいテーマに取り組む必要がある一方で、研究組織が有限であり、す

原子層科学の推進方策の概念図

- 28 -

べてに手を出していくのは難しい現状がある。

(推進方策) 第 3 年度次の研究公募においては、新規原子層物質に関して計画研究と共同研究可能

なテーマを募り、弱い部分を強化していく必要がある。また、国内外の共同研究を通じて試料の提

供を受け、物性測定や理論的な解析をするなど、試料合成なしの研究ルートの開拓も行う必要があ

る。

３．複合原子層物質の設計：

(背景) 様々な新原子層物質が合成されると、それを積み重ねた複合原子層物質の設計と合成が必

要になってきた。複合原子層物質の設計は、発足当時は主に理論で行われ、実際に合成に着手する

のは第４年度次以降になると考えていた。しかし第 2 年度にはすでに英国のグループによって複合

原子層が合成され、発光ダイオードを原子層物質で作るなど非常に早い展開で研究が進んでいる。

この英国グループの複合原子層の積層は、機械的剥離法で行ったものと考えられ、金属、半導体、

絶縁体の原子層積層を実現しており、急速に複合原子層の時代が到来していると言える。

(問題点) 原子層科学の領域では、複合原子層の理論的な設計も実験的な合成もされておらず、完

全に出遅れた結果になっている。また世界の現状も、複合原子層を構成する個々の原子層も依然と

して合成に取り組んでいるところであり、高い結晶性を得た成果というわけではない。

(推進方策) 研究の進行展開が速い状況ではあるが、実用的な複合化手法が確立したわけでもなく、

また理論的なサポートがあるわけでもない。ここは落ち着いて、領域内の共同研究によって、理論、

実験の両面から複合原子層の設計とデバイス特性評価を行っていけばよいと考えている。次の公募

研究では、複層原子層合成に挑戦するテーマを募る予定である。

４．領域における若手育成、社会貢献：

(背景) 新学術領域研究を推進していくうえで大学院生による研究が非常に重要である。従来は、

研究室内で教育がなされ研究が進められてきたが、共同研究が活発に行われると大学院生は指導教

員の専門ではない分野の知識も必要になってくる。それを直接指導する助教クラスの若手研究者も、

異分野の共同研究を進めなければならない。また、企業でグラフェンなどの応用研究に着手するこ

とも増えてきたが、企業研究と原子層科学との接点がそれほど多くない。

(問題点) 異なる分野の知識を知る機会が少ない。共同研究が期待されたレベルでは進まない。若

手が必要としているものが何であるかを十分に把握できない。異なる分野間のコミュニケーション

がうまくできない、などの問題点がある。企業研究は具体的な目標を持っているが、秘密も多く交

流が一方的になるきらいがある。

(推進方策) 従来進めてきた講習会を継続するにあたって、総括班主体でなく若手研究者主体にな

るような働きかけが必要である。年に２～３回、集中的な講習会、交流会を若手主催で開くことを

サポートする必要がある。繰り返し開催することで、コミュニケーションの障壁を下げることを目

標とする。また、短期間他の研究室で修業をするような制度も今後検討していきたい。企業や一般

市民向けの公開講座も 2015年度に開催予定であるが、単なる一方的な発信ではなく、社会の認識度

や企業が望む課題の調査など、より深いレベルでの交流を進めていく。

【以下、非公開部分】非公開の情報はない。

- 29 -

11. 組織変更等の大幅な計画変更がある場合は当該計画（研究代表者の変更は真にやむを得ない場合に限

る）（２～５ページ程度）【非公開】

領域内の計画研究の研究代表者の交替や組織体制に大幅な変更がある場合（新しく計画研究を追加する場合や既存の計画

研究を廃止する場合、領域全体の交付予定額の範囲内で各計画研究の研究経費を変更する場合（計画研究に係る経費を減額

し、公募研究に係る経費を増額する場合等））には必ず記入してください。その際、以下の点を含めてください。

・計画研究を追加する場合は、追加の必要性、その計画研究が領域内で果たす役割、他の計画研究への影響等・計画研究を廃止する場合は、廃止の理由、当該計画研究を廃止しても領域として支障がないことの説明等・研究代表者の交替の場合は、交替の必要性、新旧の研究組織の異なる点（組織構成、領域内で果たす役割等）、新たに研

究代表者になろうとする者が、旧研究代表者に替わって研究を実施できることの根拠、妥当性及びその者の研究業績等・計画研究に係る経費と公募研究に係る経費の額の変更については、その必要性、1 回目の公募研究の応募・採択状況等（公

募研究に係る経費を減額して計画研究に係る経費を増額する変更は真にやむを得ない場合に限る。また、公募研究の規模

に係る最低基準を下回らないこと。）

・以上の各変更に伴う他の計画研究の研究経費の変更及びその妥当性等 No. 変更前変更後（変更点についての説明も記述）

大幅な変更はない

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- 33 -

各計画研究に係る事項（総括班研究課題を含む）【非公開】

研究項目 X00 課題番号

研究課題名

25107001

原子層科学の推進

直接経費

（合計）（円）

使用内訳（又は使用予定内訳）（円）

物品費旅費人件費・謝金その他

平成 25年度 16,200,000

(8,800,000)

11,235,890

(985)

2,951,667

(289,364)

1,537,238

(8,509,651)

475,205

(0)

平成 26年度 25,920,000

(580,000)

895,360

(80,000)

573,890

(100,000)

24,349,785

(300,000)

100,965

(100,000)

平成 27 年度（予定） 28,100,000 1,550,000 1,600,000 24,500,000 450,000

平成 28年度（予定） 32,100,000 2,100,000 3,000,000 25,000,000 2,000,000

平成 29 年度（予定） 28,100,000 800,000 2,100,000 25,000,000 200,000

研究組織（研究代表者、研究分担者及び連携研究者）

研究者氏名所属機関部局職

役割分担直接経費

（平成 26 年度までの

実支出額合計）（円）

代表齋藤理一郎東北大学・理学研究科・教授総括班を取りまとめる 13,220,000

分担楠美智子名古屋大学・エコトピア科学研究

所・教授試料提供調整・社会貢献 8,850,000

分担依光英樹京都大学・理学研究科・准教授化学薬品に関する専門知識の提供

550,000

分担長汐晃輔東京大学・工学系研究科・准教授広報担当 8,850,000

分担長田俊人東京大学・物性研究所・准教授共通機器管理 8,900,000

分担塚越一仁物質・材料研究機構・国際ナノア

ーキテクトニクス研究拠点・主任

研究者

デバイス設計サ

ポート・特許管

理 550,000

分担上野啓司埼玉大学・理工学研究科・准教授研究協力推進・事務担当補佐 600,000

分担越野幹人東北大学・理学研究科・准教授事務担当者・理論の窓口 8,850,000

分担若林克法関西学院大学・理工学部・教授計画研究運営サポート・領域Web 管理

550,000

合計９名直接経費合計 50,920,000

- 34 -

研究概要

(１) 研究目的等

後述の「研究目的」、「現在までの研究経過」、「現在までの研究の評価」の内容を簡潔にまとめて記述してください。

研究目的：総括班のメンバーのチームワークで、領域全体の共同研究体制と機動的な研究を強力に推進す

る。合成班、物性班、応用班、理論班の 4つの計画研究を有機的に連携し、総合的な学問体系を構築する

ことを目的とする。具体的には以下の活動を行う。

(1)公募研究を採択する。特に新規着想点及び計画研究との共同研究計画を持つ提案を積極的に採用する。

(2)総括班として博士研究員の採用を行う。計画研究の進展に併せて流動的に採用する。

(3)年度毎に重点項目の現状を認識し、必要に応じて総括班の予算を投入して強化を図る。

(4)国際会議を開催し、また国際共同研究を推進し、世界の新規な流れにも柔軟に対応する。

(5)社会に広く研究内容を公開し、研究に対する理解と興味をもってもらう努力を常時行う。

(6)計画研究者の有機的な結合を活性化するために、研究会を毎年開催する。

現在までの研究経過：

(1) 共同研究の推進：全体会議におけるパネルディスカッション、班をまたいだ交流会議によって計画研

究班間の共同研究を推進した。共同研究は 158件進行中である。国際共同研究が多い(101 件)。

(2) 全体会議（４回）、各種講習会（５回）を開催し、一般にも公開した。

(3) ニュースレターを４回発行した。独自に中間報告書（日本語 280頁、英語 170頁）を発行した。

(4) Journal of the Physical Society of Japan における「原子層科学」特集号を企画。今年度出版予定。

(5) 講習会テキストなどはすべて Web 公開されている。活動は Facebookを通じて発信している。

(6) 総括班のメンバーが主催する国際シンポジウムが４回開催された。今年度前倒しで国際会議を開く。

現在までの研究の評価：

総括班の各メンバーが役割分担をして、様々な活動を積極的に行っている。領域としての結束力は非常に

高いと自己評価している。総括班の予算が削減された一方で、博士研究員の人件費が削減できないことか

ら、研究目的（3）の重点項目の現状認識に対する総括班の予算投入ができなかったのが誤算であった。

(２) 今後の研究計画・方法等

後述の「今後の研究計画・方法」、「当初計画との変更点」の内容を簡潔にまとめて記述してください。

今後の研究計画として、当初計画との大きな変更点はない。概要は以下のとおりである。

（1）第３年度は応用班に重点配分（第１年度合成班、第２年度物性班）するとともに２回目の博士研究

員を公募する。

（2）第４年度は理論班の重点配分を行うとともに 2回目の公募研究を公募する。公募の内容は、重点項

目の現状認識にもとづいて、公募の戦略を考える。

（3）第３年度に、第４年度に予定していた計画を前倒しして国際会議（NT15、2015年 6月名古屋、参加

者 600名強）を開催する。また第４年度も、重点項目の現状認識にもとづいて国際会議を開催する。

（4）特に国際共同研究を視野に入れた国際プロジェクト（EUのグラフェンフラグシップ、予算 10年間で

1000億円）間の共同研究に関するミーティング（2015年 10月東京）を行う。その後本学術領域との共同

研究を推進するための国際ミーティングを第４年度、第５年度に行う予定である。

研究方法及び予算

総括班としては、博士研究員の新規（もしくは継続）雇用のための人件費および会議開催のための経費な

ど当初からの予算が必要である。総括班として裁量がある予算はかなり限られているが、研究の遂行状況

において緊急性の高い研究に関しては研究計画内の予算の再編成や総括班の物品費（Webサーバー更新な

ど）の予算を投入する。

また若手研究者育成のための研究会、講習会さらに、社会貢献としての市民講座も継続して行う。参加の

旅費は各自で支出してもらう限り大きな経費は不要である。国際ミーティングや、国際会議は基本的に各

自の旅費を使ってもらうが、国際共同研究を推進するため、今年度新設予定の国際共同研究基金に申請す

る。

- 35 -

研究目的本欄には、応募時に記入した内容を基に、研究の全体構想及びその中での本研究の具体的な目的について、適宜文献を引

用しつつ記述し、特に次の点については、焦点を絞り、具体的かつ明確に記述してください。

①研究の学術的背景（本研究に関連する国内・国外の研究動向及び位置づけ、応募時までの研究成果を踏まえ着想に至っ

た経緯、応募時までの研究成果を発展させる場合にはその内容等）

②研究期間内に、何をどこまで明らかにしようとするのか

③領域内での研究の有機的な結合により、新たな研究の創造が期待できる点

④当該分野におけるこの研究(計画)の学術的な特色・独創的な点及び予想される結果と意義

⑤平成２７年度において継続して科研費又は科研費以外の研究費(府省・地方公共団体・研究助成法人・民間企業等から

の研究費)の助成を受ける予定がある場合は、当該継続研究課題と本研究課題との相違点

研究の学術的背景：

1950 年代から日本は炭素材料研究において常に世界をリードしてきた。1970 年代の炭素繊維合成技術

は、現在ボーイング 787 の機体材料に採用され開花した。1980 年代のグラファイト層間化合物(GIC)の研究は、今日の Li イオン電池産業の基盤を作った。化学においても炭素原子同士を繋ぐ技術であるクロ

スカップリングは精密炭素材料の産業を創出・牽引した。1985 年に C60分子、1991 年にカーボンナノチ

ューブ、2004 年にグラフェンの発見と、ナノカーボン(10 億分の 1 m の大きさの炭素材料)が科学の世界

に大きなインパクトを与えた。ナノカーボン研究においても、理論・実験ともに日本の活躍は世界の中で

著しい。現在ナノチューブの大量合成や本格応用は日本が中国とともに推進している。しかしグラフェン

や他の原子層物質研究は、合成法ですら試行錯誤・激烈な競争下にある。新規原子層複合系も視野に入れ、

統一した研究領域を創成し、学術水準の向上・強化に大きく貢献、新たな産業へ繋ぐ必要がある。何をどこまで明らかにするか？：

総括班として領域全体の研究を強力に推進する。合成班、物性班、応用班、理論班の 4つの計画研究を有

機的に連携し、総合的な学問体系を構築することを目指す。さらに応用に直接橋渡しをするような物性物

理学・化学に関する新しい知見を蓄積する。総括班は領域の以下の目的を達成するための活動を行う。

(1)公募研究では、新規着想点を持つプロジェクトを採用し連携強化を図る。

(2)総括班として博士研究員の採用を行う。計画研究の進展に併せて流動的にかつ適任の博士研究員が獲

得できるように、大きな枠組みで採用する。

(3)年度ごとの重点項目の現状を認識し、必要に応じて総括班の予算を投入して強化を図る。

(4)国際会議を開催し、また国際共同研究を推進し、世界の新規な流れにも柔軟に対応する。

(5)社会に広く研究内容を公開し、研究に対する理解と興味をもっていただく努力を常時行う。

(6)計画研究者の有機的な結合を活性化するために、領域全体の研究会、計画研究ごとの研究会を毎年開

催する。

学術的な特色、研究の有機的な結合：

原子層科学を、国を挙げて進めるためには、単一の研究室のアクティビティに頼るのは、断片的な知識の

積み重ねにしか過ぎず、また世界の動きより先に進むことができない。原子層を合成し、合成した試料の

物性を評価し、理論的に説明し、さらにデバイスまで応用するという、一連の研究の流れを図に示すよう

に有機的に結合し、横断的プロジェクトを

構築する必要がある。これによって初めて

原子層科学の研究基盤を確立し、国際的な

競争にも打ち勝つことができる新規な研究

の創造が期待できる。グラフェン(グラファ

イトの 1 原子層)を中心として、「原子層 1

層だけで実現する科学」を探索する新しい

研究領域「原子層科学」の創成は、物理、

化学、工学の総合力が問われる、横断領域

的な新学術体系であると考えられる。物性

を理論的に理解し、かつ合成・応用の現状

を把握し、一つの大きな成果としてまとめ

るためには、全体を総括する総括班の果た

す役割は大きい。

- 36 -

現在までの研究経過（研究の進展状況、新たに得られた知見を記述してください。）

2013年 6月新学術領域研究・原子層科学は、４つの研究計画班（合成、物性、応用、理論）と総括班から

なる組織として発足した。2014年 4 月からは公募研究を加え総勢 100名＋PD・RA12名からなる、原子層

物質関連最大の研究グループになり、今日まで活発な活動を行っている。原子層科学を推進に関して、新

学術領域研究の特色を十分生かした、以下の重点事項を中心に積極的な活動を行ってきた。

１．共同研究の推進

原子層物質は、2015年現在グラフェンなど１４族元素原子層、遷移金属ダイカルコゲナイド原子層、酸化

物原子層など多岐にわたる。このような多くの新原子層物質に関して、領域内でのサンプル供給や、領域

外へのサンプル提供など、科学を推進するには共同研究を行うことが必須である。全体会議では、現在の

ボトルネックの議論、共同研究の模索、実現例の紹介など、領域として積極的に共同研究を後押しするパ

ネルディスカッション（毎回１時間）を毎回開いてきた。特に計画研究班間の共同研究も推進できるよう

に、班会議でも必ず、他班の講演者を呼んで話を聞くように設定した。このような毎回の努力が実を結び、

各計画研究のそれぞれの研究テーマの発表で共同研究の実態を具体的に示したように総数 158件の共同研

究が進行中である。この中には、h-BN基板の提供（75件）など特殊な事例があるものの、それを除いて

も非常に多いと考えられる。また 158件の共同研究中 115件が新学術領域発足後に発生した。総括班の活

動が十分効果的であった。さらに領域外、国際共同研究も非常に多く(101件)行われていることもこの研

究分野の特質としてあげられる。これは国際的なサンプル供給として日本が重要な位置にいることを示し

ている。また理論などが海外の重要な結果に重要な指針を与えていることなどが顕著である。

２．全体会議の開催

全体会議は、半年に１回（年２回）合計４回開催した。全体会議では、班会議が半分、全体の講演会が半

分で、両方ともすべて一般に公開した。また２回の全体会議の前後にさらに一般向けの講習会も開催した。

第１回 2013.9.2-3 仙台（世話人：齋藤(理)）キックオフミーティング。

第２回 2014.2.18-19 名古屋（楠）初年度の成果報告、グラフェンミニ講演会・見学会開催。

第３回 2014.8.6-7 東京（長汐）公募班キックオフミーティング、原子層物質の成長（上野）講演会。

第４回 2015.1.27-28 柏（長田）中間審査に向けた研究報告。岩佐・江澤先生によるレクチャー。

３．ニュースレターの発行

「原子層科学」の活動を紹介するため、年に 2回ニュースレターを発行している。各班を代表した「研究

紹介」、日々感じたことを紹介する「ひとこと」、全体会議や講習会等の「イベント報告」、「お知らせ。受

賞」、そして「今後の予定」で構成しており、最新のニュースを PDF形式で届けている。

４．Journal of the Physical Society of Japanにおける「原子層科学」特集の企画

2013年に本新学術領域が発足して物理・化学・応用物理にまたがる我が国の学際的研究コミュニティー

が形成されたことを機に、「原子層科学」の内外の研究の現状をレビューすると共に、今後の展望を俯瞰

できるような論文集を出版することが決定した。本特集の編集では領域代表（齋藤理一郎）が筆頭編集者

を務め、その下で計画研究代表者（楠・長田・長汐・越野）が編集者として関連原稿の収集に責任を持つ。

執筆依頼した論文数は 17本で、半数強がグラフェン関係、残りがグラフェン以外の原子層物質に関する

ものである。各原稿は刷り上がり 10 ページ程度、総ページ数 150ページ程度を予定している。原稿締め

切りは 2015年 3 月 31日で、査読過程を経て 2016年 1月の出版を目指している。

５．中間報告書の作成各種講習会テキストの Web 公開

本中間評価報告と合わせて、領域内のすべての研究者は２年間（公募は１年間）の研究成果を中間報告書

としてまとめた。日本語 270 頁、英語 170頁である。合計 440頁あり、研究の検索もできるように PDFの

形で Webサーバー上に Download できる形で公開した。公開された内容は、原子層科学の進展を知るうえ

で良いテキストになりえるので、社会貢献の一部である。また共同研究を新たに始めるときの参考資料に

なる。2015年３月末に公開して、１ヶ月で 300 件以上の Download回数があり、印刷物に比べてはるかに

多くの人の目に留まることできた。また各種講習会の発表テキストも Webページに乗せていて、講習会が

終わったあとも 1000件を超える Downloadがある PDFファイルが複数ある。本中間報告書の配布状況検証

のために Webの詳細な統計を 2015年 3-5 月、計 3ヶ月間集計したが、一番 Download回数の多いものは、

原子層科学の解説記事（齋藤）で、３ヶ月で 1,500 回のダウンロードがあった。このように Web 上におい

てあるだけで、必要な人がいつでも参照できる方法は、従来の印刷スタイルに変わる現代的な手法である

と確信している。さらに、Facebookなどを用いた公開方法も模索しているが、特に若い人は大きなバリヤ

ーが無く、一般市民から研究者まで本新学術領域研究に興味をもっていただけているので、引き続きこの

スタイルを維持していきたい。2015年１月に領域代表（齋藤理一郎）は原子層科学の普及のために、一般

向けの本「フラーレン・ナノチューブ・グラフェンの科学」（単著）を共立出版より出版した。

- 37 -

現在までの研究の評価本欄には、当初に計画した研究目的、研究計画・方法に対する達成度について、次の点に焦点を絞り記述してください。

①研究遂行上で生じた問題点等

②審査結果の所見において指摘を受けた事項があった場合には、当該コメント及びそれへの対応策等を記述してくださ

い。

当初の研究計画の達成度に関する自己評価（◎：予想以上、○：予想通り、△：問題点有）を示す。

(1) 公募研究では、新規着想点を持つプロジェクトを採用し連携強化を図る。◎

採択数２９の３倍を超える応募があった。公募要領に示した通り、「計画研究とすでに共同研究を進めて

いる」もしくは「計画研究と共同研究の予定がある」応募を中心に選んだ。採択されたうち２件が、その

年に発足した２つの新学術領域の計画研究代表者（分担者）になったため離脱したが、その後も原子層科

学の連携研究者として全体会議に出席するなど研究に参画いただいている。一方公募研究に対する重複既

定はなく、複数の公募研究に同時に採択される研究者がいることがわかった。エフォートなどから問題は

ないが、実態の把握は選択時にはできない点に、若干制度上の問題を感じた。

(2) 総括班として博士研究員の採用を行う。計画研究の進展に併せて流動的にかつ適任の博士研究員が獲

得できるように、大きな枠組みで採用する。◯

初年度に、博士研究員を公募（任期２年半、予算は５名×半年分）したが応募の時期があわず、１名（期

間３か月）しか確保できなかった。そこで初年度予算を一部繰り越し、２年度に１年契約の博士研究員を

２名別途雇用し、残りは初年度に必要であった物品費などに充てた。また２年目は予定どおり、博士研究

員（任期２年）を５名雇用した。今回の計画では、流動的な配置ができるように博士研究員人件費を総括

班予算に計上したが、総括班の予算が 30％近く削減され、その結果人件費・謝金の総括班のしめる割合が

90％を超える年度が発生した。人件費は削減できないので、今回の方法に若干の問題点が発生した。

(3) 年度ごとの重点項目の現状を認識し、必要に応じて総括班の予算を投入して強化を図る。◎

現状を認識するという点では、情報網を駆使し世界中の状況を分析できた。これは、原子層科学が国際共

同研究に広くかかわっていて（101件、そのうち 75 件が h-BN 基板の供給）19か国と交流があることによ

る。また、初年度と２年度の２回行われたグラフェンのデバイス作成講習会（町田）は好評で、領域内外

へ波及効果の重要性から、一部旅費（初年度のみ）と消耗品費（単結晶グラファイト）を総括班の予算か

ら投入した。２年度目から遷移金属カルコゲン物質の原子層の物性の研究が世界的な競争で活性化し、合

成班（北浦）と応用班（上野）がサンプル提供でいち早く対応した。総括班の予算のサポートはできなか

った。

(4) 国際会議を開催し、また国際共同研究を推進し、世界の新規な流れにも柔軟に対応する。◎

原子層科学は、広く国際共同研究を実施している関係もあり、日本で国際会議を開催せよという圧力が高

く４年度に予定していた国際会議を１年早く 3 年度（2015年 6月）に NT15という国際会議を共催する形

で開催する。前年の NT14に比べ約 3倍の 600名強の参加者数になり、世界 40 か国近い国からの参加があ

る。また総括班のメンバーが主催者となって、日本インド（若林）、日本台湾（依光）、日本中国韓国（齋

藤、２回）の国際シンポジウムをそれぞれ開催した。

(5) 社会に広く研究内容を公開し、研究に対する理解と興味をもっていただく努力を常時行う。◯

全体会議４回、講習会５回をすでに一般に公開する形で実施した。また 2015年 8月には京都で市民講座

を開く。また独自に中間報告書（上記）を作成して誰でもダウンロードできる形にした。領域代表が一般

向けの著書（別項に掲載）を出版、また Facebookなどで若者向けの発信も行っている。

(6)計画研究者の有機的な結合を活性化するために、領域全体の研究会などを毎年開催する。◎

全体会議は、世の中の変化が急激であるので、半年ごとの開催とした。毎回全員発表ではなく、むしろお

互いに議論しあう空間を確保し、また現状認識や新たな共同研究の提案など従来の発表会形式と異なるコ

ンパクトな形にした。その結果、単に全体会議の場だけで、20件の共同研究が発生している。

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今後の研究計画・方法本欄には、今後の具体的な研究計画・方法について、平成 27年度から年度ごとの計画を分けて、適宜文献を引用しつつ

焦点を絞り、具体的かつ明確に記述してください。ここでは、研究が当初計画どおりに進まない時の対応など、多方面から

の検討状況について記述するとともに、研究計画を遂行するための研究体制について、研究分担者とともに行う研究計画で

ある場合は、研究代表者及び研究分担者の具体的な役割（図表を用いる等）、学術的観点からの研究組織の必要性・妥当性

及び研究目的との関連性についても記述してください。

また、研究体制の全体像を明らかにするため、連携研究者及び研究協力者（海外共同研究者、科研費への応募資格を有し

ない企業の研究者、その他技術者や知財専門家等の研究支援を行う者、大学院生等（氏名、員数を記入することも可））の

役割についても記述してください。

更に、本研究の研究成果を社会・国民に発信する方法等についても記述してください。

なお、研究期間の途中で異動や退職等により環境が大きく変わる場合は、研究実施場所の確保や研究実施方法等について

も記述してください。

今後の研究計画として、総括班の当初計画との大きな変更点はない。むしろここまで活性化した領域が減

速することが無いような方法、特に若い研究者が自主的に計画する講習会などを積極的にサポートしてい

きたい。また、今後ますます重要になる、国際共同研究の在り方などを検討することが必要になってくる

と考えている。

平成 27 年度

(1) 第 3年度は当初通り、計画研究の予算を応用班に重点配分する。新原子層物質の合成の強化を図る。

(2) 2回目の博士研究員と公募研究を公募する。公募の関する重点項目の策定を行う。

(3) 6月に国際会議 NT15を開催する。8月と 2016年 2月に京都、仙台でそれぞれ全体会議を開く。

(4) 8月に京都で市民講座を開催する。またグラフェン道場の講習会を計画する。

(5)10月にグラフェンフラグシップ（EU の巨大プロジェクト）とのミーティングを東京で開く。

(6)11月に日本中国韓国の３か国シンポジウムを九州で開催する。

(7)2016 年１月に原子層科学に関する論文集（JPSJ）を発行する。

(3)、(4)、(6)の開催に関して総括班予算を一部投入する。(5)のミーティングによってグラフェンフラグ

シップのとの共同研究に関するミーティングが毎年開催になる可能性が高い。この件に関して予算を新規

の科学研究費である国際共同研究加速基金（JSPS,予定）の予算に応募し強化したい。博士研究員の人件

費は総括班予算から出す。

平成 28 年度

(1)第 4年度は当初通り、計画研究の予算を理論班に重点配分する。

(2)第 2期公募研究と博士研究員による活動が開始する。複合原子層合成などが重点項目になる。

(3)グラフェンフラグシップと一緒に共同研究の推進のためのミーティングをヨーロッパの国で行う。

(4)講習会のテーマなどを若手研究者から募り、一般に公開して開催する。また市民講座なども行う。

(5)全体会議を２回（場所未定）行う。また日本中国韓国の３か国シンポジウムを韓国で行う。

(6)現在進行中の国際共同研究を調査し、領域内の情報共有によって拡大を図る。

(3)の予算は、総括班予算に無いので個々の研究予算から出す。(4)、(5)に関しては総括班の予算を投入

する。(6)に関しては、未定であるが場合によっては JSPSの国際共同研究基金が得られればそこからのサ

ポート体制を作る。

平成 29年度

最終年度は、原子層科学の総まとめを行う。現在の趨勢を見ると５年で終了するのは世界との競争に対抗

できない。したがって最終報告で成果をまとめ、次の大きな研究計画のための提言をまとめる。

(1) 最終報告書（日本語 300頁、英語 200頁）を独自に作成し、広く公開する。

(2) 全体会議を２回行う。特に最終回は将来に向けてのパネルディスカッションを行う。

(3) 国際共同研究を継続的に行うための方法を議論するための国際ミーティングを日本で行う。

(4) 原子層科学が何を成し遂げたか、などをテーマにして市民講座を開催する。

(5) 若い世代にプロジェクトが引き継げるような、若い世代中心の講習会を引き続き開催する。

(3)、(4)、(5)に関しては、総括班の予算を使えるだけ投入する。なお総括班で退職予定者はいない。

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当初計画との変更点本欄には、研究計画・方法、設備及び主な研究経費等について、前回の研究計画調書に記載された内容を変更する場合に

は、その変更点及びその理由を記述してください。

なお、組織変更等の大幅な計画変更については、本欄に記載するとともに、「研究領域全体に係る事項」の「11．組織変更

等の大幅な計画変更がある場合は当該計画」欄にも記載してください。

当初の計画と大きな変更が必要な点はない。したがって、予算配分の変更を伴う研究経費の変更などは考

えていない。しかし、世界の原子層科学を取り巻く環境の急速な変化に伴い、総括班は常に状況の把握と

分析、また部分的な予算投入が必要である。以下に注意すべき世界の動向をまとめ、予想される対応を説

明する。

原子層物質の知的所有権の確保

世界の巨大プロジェクトは、日本の科学研究費と比べ、「応用を重視し」、「そのためのインフラ」に必要

な予算を投入という傾向が強い。したがってこれらの巨大プロジェクトは、グラフェン研究のための研究

棟（ビル）の建設、研究所の新設まで含めた組織的なものである。これらによって得られた良い研究環境

に、多くの人材を投入すれば、基礎研究の質はともかく応用に直結した成果がでてくることが当然予想さ

れ、また期待されている。すなわち巨大プロジェクトの目的は、応用に直結した知的所有権の確保である。

さらに応用を実用レベルに上げる部分に関してもこの巨大プロジェクトが関わっていて、製造過程におけ

る知的所有権が押さえられる可能性がある。原子層科学がこれに対抗するのは科学研究費の目的ではな

い。実際に JST、NEDOなどが応用を視野に入れたプロジェクトを立ち上げつつある。しかし、原子層科学

が活発に国際共同研究を推進している状況を考えると、知的所有権が取られる状況を静観するのは適切で

ない。

我々の現状と目的内でも、いくつかの方策が考えられる。例えば、国際共同研究契約を個々に行うのでな

く、適切な共通設定によって、知的所有権を部分的に確保することが考えられる。実際いくつかの研究項

目で、他の研究者が避けて通れないボトルネック的な技術を本新学術領域が所有していることを考える

と、総括班が契約の締結を非公開ながらもサポートし、日本の知的所有権の確保に努力すべきであろうと

考えている。

人権の保護及び法令等の遵守への対応本欄には、研究計画を遂行するに当たって、相手方の同意・協力を必要とする研究、個人情報の取扱いの配慮を必要とす

る研究、生命倫理・安全対策に対する取組を必要とする研究など法令等に基づく手続きが必要な研究が含まれている場合

に、どのような対策と措置を講じるのか記述してください。

例えば、個人情報を伴うアンケート調査・インタビュー調査、提供を受けた試料の使用、ヒト遺伝子解析研究、組換え

DNA 実験、動物実験など、研究機関内外の倫理委員会等における承認手続きが必要となる調査・研究・実験などが対象とな

ります。

なお、該当しない場合には、その旨記述してください。

上記のいずれにも該当しない。

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研究成果の発表状況この研究の成果に関して、学術雑誌等に発表した論文(著者名、論文名、掲載雑誌名、査読の有無、巻、最初と最後の頁､

発表年)及び学会等における発表状況並びに社会・国民への発信状況について記述してください。なお、どの著者が研究領

域に参画しているのかわかるように、研究代表者には二重下線を、研究分担者には一重下線を、連携研究者には点線の下線

を引いてください。また、corresponding author には左に＊印を付けてください。

本研究課題は総括班であるので研究成果としての発表はない。しかし原子層科学という分野に関して総括

班のメンバーが紹介した総説や著作がある。また、学会のシンポジウムで主に原子層科学の分野をテーマ

にして、総括班のメンバーが主催するものがある。

著作

１．齋藤理一郎、「フラーレン・ナノチューブ・グラフェンの科学」基本法則から読み解く物理学最前線

No.5、共立出版、査読有、1-180頁、2015年。

２．原子層科学総括班、「中間報告書」、PDF、査読無し、1-280頁、2015 年。

３．原子層科学総括班、“Midterm Report”PDF, 査読無し、1-170頁、2015年。

総説

１．齋藤理一郎、｢ナノカーボン物理:フラーレン、CNT、グラフェンそして原子層科学｣

パリティ, 丸善 Vol 30, No. 4, pp.12-14、2015年

この他、各計画研究の研究成果としての総説が全体で 23 件ある。（計画研究調書参照）

学会シンポジウム（招待講演）原子層科学全体に関する講演

１．齋藤理一郎、Graphene and beyond graphene: Science of atomic layers（招待講演）, 2014 年第 75 回応用物理学会秋季学術講演会 (Sept. 17-20, 2014, 北海道大学）２．齋藤理一郎、Graphene and Atomic Layer Semiconducting Materials（招待講演）第 47 回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム(Sept. 3-5, 2014, 名古屋大学）３．依光英樹「原子層分子の精密有機合成」（招待講演）

酸化グラフェン研究会第三回シンポジウム（東京工業大学）、2014.12.18

学会シンポジウム（総括班メンバーが主催したもの）１．「Synthesis of Nitrogen-Containing Atomic Layers at the Molecular Level」Taiwan-Japan Symposium of Frontier Research on Applications of Organometallics and Atomic Layers（国立台北科

技大学）、2014.12.27：依光英樹が共同議長となり、原子層科学と有機金属化学の分野融合に関するシン

ポジウムを開催し、その重要性を訴えた。

２．ナノカーボン分科会企画シンポジウム「2 次元層状物質の合成・評価技術」：2013.3.28 @2013 年第 60 回応用物理学会春季学術講演会（神奈川工科大）企画人代表：東京大学長汐晃輔、産業技術総合研究所佐藤信太郎(現:富士通研究所) シンポジウムの企画立案，招待講演者の人選および当日の運営などを行った。このシンポジウムは新学術

の原子層科学の立ち上げに大きく寄与した。

３．物理学会シンポジウム「原子層科学の現状と未来:物理、化学、工学への展開」: 2014.9.8 日本物理学会 2014 年秋季大会（中部大学）企画人：加藤岳生、齋藤理一郎、越野幹人

企画立案、招待講演者の人選と共に、総括班の依光、越野は講演も行った。物理から化学、工学にわたる

様々な分野における原子層の最先端の研究が議論された

４．ナノカーボン分科会企画シンポジウム「機能性原子薄膜化合物材料の新展開」：2014.9.18 @2014 年第 75 回応用物理学会秋季学術講演会（北大）企画人代表：産総研安藤淳，企画協力：埼玉大学上野啓司他

シンポジウムの企画立案，招待講演者の人選および当日の運営などを行った。原子層科学メンバーも数多

く参加し，特にカルコゲナイド系層状物質の原子層科学の進展に大きく寄与した

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５．日印二国間交流セミナー「原子膜物質の物理と化学：基礎と応用」2014.11.4-2014.11.5

日本学術振興会(JSPS)とインド科学技術部(DST)との二国間交流事業によるワークショップ。日本側代表

者は若林克法、インド側は Swapan K. Pati。日本側から 9名（うち 4名が原子層科学メンバー）、インド

側から 10名が参加し、原子層物質の物理・化学と応用について活発な議論をし、国際共同研究の協力関

係を確認し、当該分野の国際交流に大きく寄与した。原子層科学から一部旅費のサポートを受けた。

６．A3 International Symposium of Emerging Materials：2013.11.10-14 韓国済州島

齋藤理一郎が日本側議長になり、韓国 Young Hee Lee、中国 Wei Feiとともに日本韓国中国の原子層

物質、ナノチューブなど新規物質の国際シンポジウムを開催した。100 名弱の参加者。（毎年開催）

７．A3 International Symposium of Emerging Materials：2014.10.18-22 中国天津

齋藤理一郎が日本側議長になり、韓国 Young Hee Lee、中国 YongShen Chen とともに日本韓国中国の

原子層物質、ナノチューブなど新規物質の国際シンポジウムを開催した。約 120名の参加者。

社会・国民への発信

１．グラフェンミニ講演会 : 2014.2.19 名古屋大学（楠美智子）：合成班の各研究分担者が主体となり、CVD 法をはじめ、各種原子層合成法の講演会を行った。この講演

会では、50 名以上の参加があり、外部の企業や研究所からの参加が多かった。ミニ講演会とサンプル展示

交流会、研究室見学会を行った。一般に向けた情報発信として社会貢献にも大きく貢献した。２．グラフェン道場 : 2015.2.16-19 東北大（越野幹人）: ２日間にわたり冬の学校形式で行い、一般の大学院生、研究者に対して原子層科学の物理理論を集中講義

し、演習も行った。特に、留学生向けに英語のクラスも併設した。懇親会では参加者に自分の研究テーマ

の紹介などもしてもらい、若手研究者間の交流も行われた。３．領域 HP作成及び FaceBookによる情報発信領域発足に伴い領域 HP 及び FaceBook（日本語、英

語）による情報発信を開始した。また、視覚的な印象

を残すため領域ロゴを募集し、以下の 3 種類のロゴを

採用した[デザイン：越野幹人（東北大）、守谷頼（東

大）]。各種公文書、発表等で使用している。領域 HP : http://flex.phys.tohoku.ac.jp/gensisou/ FaceBook : https://www.facebook.com/gensisou (原子層科学)

- 42 -

研究経費の妥当性・必要性本欄には、「今後の研究計画・方法」欄で述べた研究規模、研究体制等を踏まえ、平成２７年度以降の研究経費の妥当性・必要性・積算

根拠について記述してください。また、研究計画のいずれかの年度において、各費目（設備備品費、旅費、人件費・謝金）が全体の研究経費の９０％を超える場合及びそ

の他の費目で、特に大きな割合を占める経費がある場合には、当該経費の必要性（内訳等）を記述してください。

平成 27 年度

(1)博士研究員５名の人件費 480万ｘ 5=2,400万円が必要である。算定はそのほかの PD の給料と平均年齢

を参考に行った。また、領域全体の事務を補佐するパート（週２回）の謝金 50万円が必要である。この

人件費・謝金の占める割合は 90％を超えないがかなり高い。これは、すでに説明したように配分予算が削

減されても人件費・謝金を削減することができないことによる。

(2)NT15 の会議を開催するにあたって、主催者としての貢献としてアブストラクトの印刷費 50万円を提供

する。実際予算で設定した数より多い参加者があったためこの予算で十分でない可能性が出てきたが、多

くのスポンサーが確保できたので足りない分を補てんする。原子層科学のすべてのメンバーが参加し、組

織委員会の 2/3以上が原子層科学のメンバーである。

(3)日本中国韓国、3か国の国際シンポジウムの開催のため、アブストラクトの印刷費 20万円を計上する。

本会議は、その前の日本韓国２国間シンポジウムを含めると、今年が 10回目であり、継続して行うため

に、特別な予算のサポートを受けず招待講演者も手弁当で参加することになっているが、今回は日本での

開催であることと、参加者の大半が原子層科学関係者であることを考えて総括班予算を投入する。

(4)総括班にだけ属しているメンバー、評価者などの全体会議の旅費が必要である。

(5)そのほか、Webサーバーの補修部品などのネットワーク部品、消耗品が必要である。

平成 28 年度

(1)博士研究員 5 名の人件費 480万ｘ 5=2,400万円と領域全体の事務を補佐するパート（週 2回）の謝金

50万円が必要である。また人件費・謝金単価の増加、事務作業増大に対応する 50 万円を計上する。

(2)Web サーバーの更新時期に伴い、新規 Webサーバーを導入する。100 万円を予定しているが、そのほか

の理由により予算を削る、もしくは消耗品交換で対応することを考慮する。

(3)国際交流に関する総括班のサポートとして旅費などを確保する。関連する国際シンポジウム開催に伴

う経費を(2)で余った予算などを利用してサポートする。


(5)そのほか若手主催の講習会の開催に伴う消耗品、謝金などが必要である。

平成 29 年度

(1)博士研究員５名の人件費 480万ｘ 5=2,400万円と新学術領域全体の事務を補佐するパート（週２回）

の謝金他 100万円が必要である。理由は平成 27年度と同じである。

(2)国際交流に関する総括班のサポートとして旅費もしくは必要経費（会場費）などを確保する。


(5)そのほか若手主催の講習会の開催に伴う消耗品、謝金などが必要である。

限られた予算を考慮し、社会・国民に発信する方法は基本的に Webや Facebookを通じたお金のかからな

い方法を選択する。また、民間の出版社や公益財団の出版事業を利用する。インターネットの普及率や若

者の利用状況、さらに資源の有効利用などを考えると、電子的または有料の書籍による発信方法は科研費

の適切な執行方法だと考えている。市民講座や講習会は基本的に大学の設備を利用し、その宣伝方法も協

賛する学会などの会告を利用する。講習会のテキストなどはすべて Web 上に公開し、領域代表が大学に在

職する限り、いつでもだれでもダウンロードできるようにする。

- 43 -

主要な物品明細実績報告書に記載した主要な物品（設備備品等）を記入してください。多数の図書、資料を購入した場合は「西洋中世政治

史関係図書」のようにある程度、図書、資料の内容が判明するような表現で記入してください。また、機械器具の場合は、単

に○○○一式とするだけでなくその内訳も記入してください。（金額単位：円）

年度品名仕様・性能等数量単価金額設置(使用)研究機関名

25

3Dプリンタ

CubeX Trio 3D

Printer 3295609

1式

546,000円

546,000円東北大学

- 44 -

研究経費の明細記入に当たっては、記入要領を参照してください。（金額単位：円）

年度


品名金額事項金額事項金額事項金額

平成 25 年度

3Dプリンタ

ソースメータ

マルチメータ

ＰＣ（３台）

ガス検知器

半導体ウェハ

カンチレバー

蒸着用ターゲッ

ト

グラファイト

実験用機器

TEM・真空装置用

消耗品

半導体基板

試薬

SiC基板試料

石英管（26本）

ソフトウエア他

546,000

432,810

154,980

494,200

93,975

550,725

1,300,878

387,450

315,000

1,661,645

2,518,412

501,480

426,475

874,136

321,040

657,669

（国内）会議出席代表者旅費(2 件）分担者旅費長汐(2 件) 上野（2 件）塚越（2 件）依光（2 件）若林（2 件）越野（3 件）

協力者/講習会参

加者旅費

（10件）

83,740

41,060

71,040

78,960

81,250

63,460

132,660

523,360

研究員人件費・

助教相当

4名×5ケ月

1名×3ケ月

事務補助 1名

週 2/3日×6ケ月

8,475,995

1,115,450

455,444

会議参加費

(5件)

グラフェンＦＥＴ

の断面ＴＥＭ－Ｅ

ＥＬＳ分析

送料

177,505

294,000

3,700

（外国）情報収集旅費分担者旅費長汐（3 件）

協力者旅費（4 件）

(招聘 3 件)

658,445

791,674

715,382

計 11,236,875 3,241,031 10,046,889 475,205

平成 26 年度

実験用消耗品

薬品・材料等

書籍

ガラス消耗品

実験器具

金属材料

石英管(13本)

薬品(共同研究

用)

メモリ他

109,535

301,815

16,682

142,560

37,800

3,888

150,000

88,000

106,650

（国内）会議出席代表者旅費(2 件）分担者旅費上野（1 件）依光（1 件）若林（1 件）越野（1 件）

協力者旅費

(11 件)

80,920

7,240

62,000

37,190

40,400

227,750

研究員人件費・

助教相当

5名×１年

事務補助 1名

週 2日×1年

23,859,889

489,896

論文投稿料・別

刷り費用

会議参加費

(3件)

英文論文校正

32,832

19,000

49,133

（外国）

計 895,360 573,890 24,349,785 100,965

- 45 -

研究資金の応募・採択状況

区

分

資金制度名称等

（区分１の場合は種目名）

制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）

研究費（千円）

平成２７年度（本人／課題全体）

期間全体（本人／課題全体）

エフォート

（％）

１新学術領域研究（計画研

究）文部科学省

研究分担者

（越野幹人）採択

平成２５年度

～平成２９年度

2,600／14,500 １０

15,400／89,600

研究課題名原子層の電子物性、量子輸送および光物性の理論

本研究課題と上記の研究課題の関係について、次の（１）及び（２）を具体的かつ明確に記述してください。

（１）双方の研究内容の相違点

本研究課題は、総括班の活動に対する予算であり、上記の研究課題は同じ原子層科学の新学術領域の理論班の

研究分担者として参加するための予算である。

（２）研究代表者又は研究分担者として、本研究課題に加え上記研究課題に応募（実施）する理由

本新学術領域に領域代表として領域を推進するだけでなく、現役の研究者として原子層物質の理論を開拓する

ことが必要であるから。

区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

１基盤研究（B）（一般）文部科学省研究代表者採択平成２５年度

～平成２９年度

1.900／1.900 １０

9,400／9,400

研究課題名カーボンナノチューブの光励起キャリアーがもたらす物性



本研究課題は、原子層科学（グラフェンやそのほかの新原子層物質に関する研究）であり、上記の研究課題は、

研究代表者がこの 10年近く精力的に進めてきた、カーボンナノチューブの光物性に関する研究である。原子層

科学では、カーボンナノチューブは研究対象ではない（注：新学術領域全体ではナノチューブ内原子層合成と

デバイス応用でナノチューブを利用した研究が、それぞれ１件ずつある）。


研究代表者は、カーボンナノチューブの理論的研究を 25 年間行ってきて、特にナノチューブのラマン分光など

に関する研究は、米国 MIT、台湾、ブラジルなどと国際共同研究を続けている。今日までに発表されたナノチュ

ーブに関する論文は、現在総数で年間 2,000件を超える引用（Web of Science）がある。原子層科学の領域が

発足するにあたり、領域代表になった関係で現在は、原子層とナノチューブの光物性の理論を並行して進める

必要がある。大学院生やスタッフが現在 11名いて、両方の研究を同時に独立に推進している。世界的に見ても

ナノチューブの研究分野も現在も発展していて、ナノチューブ研究をここで中止することはできないし、また

グラフェンとナノチューブに共通点も多く両方進めることのメリットが大きい。

- 46 -


研究項目 A01 課題番号

研究課題名

25107002

グラフェン関連原子層の新規合成法および大面積合成法の開発

直接経費




平成 25年度 80,100,000 73,703,285 3,003,067 1,175,176 2,218,472

平成 26年度 38,557,787 26,042,953 4,366,401 6,400,391 1,748,042

平成 27 年度（予定） 29,700,000 18,210,000 4,500,000 5,500,000 1,490,000

平成 28年度（予定） 29,000,000 17,730,000 4,400,000 5,400,000 1,470,000

平成 29 年度（予定） 29,000,000 16,680,000 4,940,000 5,400,000 1,980,000






代表楠美智子名古屋大学・エコトピア科学研

究所・教授

研究全体の統括および SiC熱分解グラフェンの開発

30,922,720

分担

斉木幸一朗東京大学・大学院新領域創成科

学研究科・教授

酸化グラフェンの合成法と還元法の確立

26,680,000

分担野田優早稲田大学・理工学術院・教授

CVDグラフェン合成の最適化、パターニング化

12,700,000

分担丸山茂夫東京大学・大学院工学系研究

科・教授

低圧アルコール蒸気を用いた CVD 法グラフェンの最適化

10,610,000

分担北浦良名古屋大学・大学院理学研究

科・准教授

遷移金属ダイカルコゲナイド二次元膜の最適化

23,675,067

分担依光英樹京都大学・大学院理学研究科・

准教授

有機分子設計によるナノグラフェンの合成最適化

14,070,000

連携篠原久典名古屋大学・大学院理学研究

科・教授

CVD法二次元膜の合成法確立と研究全体調整

0

連携大野雄高

名古屋大学・大学院工学研究科・

教授(平成 25 年 7 月発足→平成 26年 3月 31日) 26年度より公募研究

03 へ移動

カーボンナノチューブ膜の合成とデバイス化

0

合計７名直接経費合計

118,657,787

- 47 -

研究概要



研究目的：高品質グラフェン・新規原子層物質の合成手法を確立することを主要な目標とする。これ

らの物質の新たな機能発掘、高精度化、また着実な応用展開に発展させるためには、均質で大面積な

二次元原子膜の合成法確立が鍵を握る。この信念のもと、本計画研究の期間前半は各研究分担者の独

自の合成法の開発を押し進めてきた。

現在までの研究経過および研究の評価：

(1) 化学気相蒸着（CVD）法による高品質化・大面積化（10cm 直径、結晶サイズ㎜単位）・数 cm サイズの誘電体/絶縁体基板全面にグラフェンを直接形成するエッチング析出法を開発。・CVD でミリメーターサイズの大きなグラフェン単結晶の成長に成功。・クリーンな WS2/hBN 界面を持つ高品質 WS2の実現とシャープな発光ピークの確認。・WS2において新たな発光（PL）現象発見。 (2) SiC 熱分解法によるウェーハサイズの大面積化・SiC熱分解法によりミリメートルサイズの低欠陥単結晶グラフェン成長を実現。量子ホール測定（遠

藤、物性班）、量子容量測定（長汐、応用班）による共同研究進行中。 (3)化学剥離法にメタンプラズマ還元法を導入し、酸化グラフェンから良質試料作製に成功。また、輻

射光を利用し Cu基板上で成長するグラフェンのその場実時間観察に成功。 (4)ナノチューブ空間での分子融合によりグラフェンナノリボン合成に成功。 (5)パラジウム触媒を用いた有機化学的手法により、高い近赤外線応答性を有するグラフェン状原子層

の精密合成に成功。得られた試料で合計 26 件の横断的共同研究が開始されており、既に 5 件の論文発表がなされ順調

に進展している。



合成班では、26 年度以降、計画班 7 名に新たに公募班 7 名が加わり、総勢 14 名の体制の中、以下

に示す 4 つの合成手法に分類し、班内においても互いに共同体制を組んでいる。これらの手法をもと

に、グラフェンの高品質化、大面積を実現することを掲げるとともに、新しい原子層物質として、各

種遷移金属ダイカルコゲニド(TMDC) の合成、複合積層、ヘテロ化も探求する。得られたサンプルは、

理論班のサポートを受けながら、物性班、応用班に提供し、最終段階においてのデバイス作製に向け、

準備を進めてゆく。当初計画からの変更はない。

(1) SiC 熱分解法合成：SiC 表面ステップの精密制御とグラフェン周期的層数制御、大面積化に集中。

最終的デバイス化に向け、物性班、応用班との共同研究推進。 (2) CVD 法合成：・エッチング析出法による精密な制御。CVD 法の実用性向上。・定圧エタノールガス CVD 合成により、単結晶グラフェンの大面積化。・hBN、高品質 TMDC の大面積 CVD 積層成長に集中。分子線エピタキシー装置立上げにより、

高品質ヘテロ構造の成長、光・電子物性探索。・輻射光利用によるその場実時間観察手法を駆使したミリメートルスケールグラフェンの成長探

索。原料分子の選択によるドープグラフェンの CVD 成長法確立。 (3) 酸化グラフェンの機能化と活用：

酸化グラフェンのメタンプラズマ還元法を最適化。酸化グラフェンを出発原料とする端構造を制

御したグラフェンナノリボンの合成。酸化グラフェンと CNT の複合化による電気化学キャパシ

タ電極の開発。 (4) 有機化学合成：ポルフィリン周辺部にヘテロ原子を導入しながら原子層を拡張する新手法の開

発。ヘテロ元素の特徴を生かした新規原子層の作製と機能探索。

- 48 -









の研究費)の助成を受ける予定がある場合は、当該継続研究課題と本研究課題との相違点研究の学術的背景：

2004 年に Novoselov らの発表以来示されてきたグラフェンの電気的・光学的・機械的特性は他の材料

を凌駕するものであり、しかも目前の限界に直面する Si 半導体産業とそのまま入れ替えることが可能な

潜在性に高い期待が寄せられている。本新学術研究領域が発足した 2013 年以降、グラフェンのみならず

多種遷移金属カルコゲン物質、Si, Ge Pなどを構成元素とする新規１原子層物質の合成が次々に報告され、

それに伴い発見される新しい物理現象が世界中の研究者を惹きつけて止まない。合成法も確実に改良が進

み、電界効果トランジスタの高周波特性が注目され、集積回路の作製とその動作にも成功している。今後、

工業化へ確実に繋げるためにはグラフェンの大面積・高品質化を実現する合成技術の確立が重要な鍵と

なる。さらに、エネルギーギャップの発現に向けた、ナノリボン化、エッジ構造制御等の形態制御、ヘテ

ロ原子のドープによる電子物性変調等の高機能化技術の実現が不可欠となる。以上の合成法に関して世界的に熾烈な競争が繰り広げられており、国内においても、これまでに独自に、

敢えて言うならば閉鎖的に進められてきた様々な優れた合成技術を、本領域にて結集し、互いに共同し、

また刺激し合うことで、革新的・高品質原子層物質の合成を実現する意義は、学術的にも極めて高い。何をどこまで明らかにするか？：

発足時から変わらず、合成班として研究代表者と 5 名の研究分担者が以下に示すそれぞれの独自の研究

技術・合成技術を磨き、綿密に情報交換して行く中で、国際的にも価値のある高品質・高機能グラフェン

の合成技術を確立し、理論班のサポートの元、物性班・応用班との共同研究を強力に推進する。

(1) SiC を熱処理する方法。 (2) 酸化グラフェンの新しい還元法による無転写グラフェン成長と窒素ドーピング。 (3) CVD 法、エッチング析出法による誘電体上グラフェン直接形成。 (4) アルコールを炭素源とする低圧 CVD 法。 (5) ナノチューブの内側の空間で有機分子を重合する方法。 (6) 有機合成的にビルドアップする方法によってグラフェン（リボン）を作製。さらに、平成 26 年度に公募研究者 7 名を加え、hBN、MoS2 などカーボン以外の原子層構造を有する

物質の探索と大面積化に着手しており、新たな原子層の可能性を模索する。初年度の予算重点配分が予想

通り効果的に機能したことにより、プロジェクト前半までにそれぞれの合成技術において目途がついてき

ており、後半では、新規特性の理解・発現とともに、最終段階のデバイス化に向け、更なる高品質原子層

膜の合成技術を高めてゆく。


グラフェンの合成技術はこれまで剥離法（物理的，化学的）、SiC 熱分解法、化学気相蒸着（CVD）法、

有機合成法と様々な合成法が報告され、それぞれがその特徴を生かした手法の開発に凌ぎを削っている。

それぞれの合成プロセスは全く異なるものであるが、例えば SiC 熱分解におけるグラフェン/SiC 界面構造

と CVD 法における触媒金属とグラフェンの界面構造は原子レベルにおいて本質的に共通する要素を含

む。しかしながら、これまでは各々の研究室の得意な手法に拘る余り、断片的な知識の積み重ねに陥りや

すかった。大面積かつ良質・高機能グラフェンの合成を達成すると言う共通の目標に向け、独自な手法を

維持しつつ、全く異なる手法の発想を共有することにより研究者同士が有機的関係を築くことは、国際競

争力のある成果に繋げる効果を期待できる。他の研究助成予定

各研究分担者は、本研究以外にも JST や NEDO などに研究費の申請を行っているが、その内容は重複

するものではなく、異なる材料の開拓や機能の開拓に関するものであり、明確な相違点をもつ。民間企業

から共同研究費を受け、実用化を指向した研究も進めている。こうした異なる視点での研究開発は、本領

域の研究と相補性を有し、互いに有効な効果を上げていると言える。

- 49 -


初年度の合成班への予算重点配分によって立ち上げた装置の調整・最適化が進み、着々と各研究分担者

の合成技術が進展するとともに、26年度から加わった公募研究との活発な意見交換により、研究の幅が広

がり、重層的効果をもたらしてきた。すでに、合成された試料はすべて物性班や応用班に提供され、多く

の共同研究が開始・進行中である。以下に、合成法で分類された進展状況を示す。

(1) SiC熱分解法エピタキシャル・グラフェン合成

SiC 熱分解法により、ミリメートルスケールの低欠陥単結晶グ

ラフェン成長を実現した。また、SiC 上グラフェン成長機構を実

験及び理論の両側面から明らかにするとともに、遠藤（物性班）

による量子ホール測定、長汐（応用班）による量子容量測定が進

行中である(楠)。SiC 上に形成されたエピタキシャルグラフェン（EG）への Hydrazine 分子の導入によ

り、EG と基板であるバルク SiC との界面に分子を挿入し、EG と SiC 基板との間の相互作用のデカップ

ルを確認した（高井：公募）。

(2) CVD法グラフェン及び TMDC合成

Fe-C 混合膜を用い、誘電体/絶縁体基板上にグラフ

ェンを直接形成するエッチング析出法を提案・開発

した。体積抵抗率 100 μΩ cm程度、ラマンスペクト

ルでの G/D 比 20 と良好であった（野田）。基板に銅箔を炭素源にエタノールガスを用い、

CVD前の酸化処理や酸素リッチCVDによってミリメーターサイズの単結晶グラフェンの

成長に成功した。同時に、大面積 CVD 成長グラフェンの電気伝導特性評価や太陽電池応

用への展開も行った（丸山）。化学気相成長法を用いた１段階の直接成長によって、クリ

ーンな WS2/hBN 界面を実現した。成長した WS2の結晶方位は hBN と一致し、その発光

スペクトルはエキシトン由来の非常にシャープな発光ピークを示すことを明らかにした

（北浦）。二硫化タングステン（WS2）において新たな発光（PL）現象を発見した。グ

レインバウンダリー周辺で頻繁に観測される非常に半値幅の小さい発光を、欠陥に補足

された局在励起子からの発光であることを、PL 空間マッピング及び、発光スペクトルの

温度変化から初めて明らかにした（加藤：公募）。高温 CVD かつグラファイトのへき開面を利用し、高品質の遷移金属ダイカルコゲナイ

ド原子層を成長する技術を確立した。特に単層の WS2単結晶においては、従来の試料と

比較し、発光ピークの半値幅が 79 K で 8 meV と非常に狭く、さらに低温（79 K）でもローレンツ型の形

状を持つことが分かった。この結果は、従来の TMDC 試料と比較し、欠陥や電荷不純物が非常に抑制さ

れた試料が成長したことを示している（宮田：公募）。 (3) 酸化グラフェン還元法グラフェン合成

酸化グラフェン溶液から作製したグラフェン電極間に交流を印加し、ペンタ

セン溶液を滴下すると、誘電泳動により析出した単結晶が電極間に自動配置し

た。金電極の場合よりも移動度が１桁高くなり、全溶液プロセスでの有機デバ

イス作製にグラフェン電極の有利性が示された（斉木）。酸化グラフェンの性能

を向上させるために、酸化グラフェン上の酸素官能基の量と種類を変える方法

を開発し、有機分子や金属イオンの吸着、および金属ナノ粒子の固定化を行った(仁科：公募) (4) 有機合成法グラフェン合成

パラジウム触媒による環化付加反応を利用して、ポルフィリン二分子を

共平面型に架橋したデヒドロパープリン二量体を合成した。得られた原子

層型二量体分子は、単量体分子と比べて最大吸収波長が長波長シフトし、

近赤外領域の吸収が著しく増強されることが明らかになった（依光）。原

子層物質「ボトムアップ型」ナノシートとして、史上初の有機系二次元ト

ポロジカル絶縁体となりうるビス（ジチオレン）金属錯体ナノシートの酸

化状態の制御とそれに伴う導電性変化を観測した（坂本：公募）。グラフェンモデル分子であるヘキサベ

ンゾコロネン（HBC）およびペリレンの位置選択的修飾および物性測定を行った。特に HBC の修飾では

置換基によって大きく平面が歪むことを X 線構造解析により明らかにした（廣戸：公募）。

- 50 -




い。

合成班においては、領域代表の戦略に基づき、初年度に予算の重点配分が行われたことにより、各研究

者が大型装置の早期の導入と立ち上げが可能となり、概ね予想以上のペースで合成技術の進展があった。

その結果、2 年目の早い時期から他班へのサンプル提供が開始され、活発な共同研究に繋がった。 (1)予想以上に進展がみられた点・化学気相蒸着（CVD）法による大面積化（10 cm 直径、結晶サイズ㎜単位）野田は、誘電体/絶縁体基板上にグラフェンを直接形成するエッチング析出法を開発した。その結果、ボイ

ドフリーの数層~多層グラフェンの誘電体/絶縁体基板上への直接形成を2 cm角基板上に均一に実現した。

目標を領域内外のニーズに合わせ調整しつつ、順調に進んでいる。2 段階 CVD 法を開発し、100%被覆率・

粒径 100 m 超の良質なグラフェンを 100 分程度の反応時間で実現、グラフェンを転写し Cu 箔を再利用

する技術も確立しつつある。丸山は、低濃度エタノールガスを用いた CVD 法の高度制御により、ミリメーターサイズの大きなグラフ

ェン単結晶の成長に成功した。北浦は、クリーンな WS2/hBN 界面を持つ高品質 WS2を実現した。成長した WS2の結晶方位は hBN と一

致し、発光スペクトルは単一のローレンツ関数で表されるシャープ（室温で 25 meV）な発光ピークを示

した。応用班（渡辺、谷口）からに提供された hBN を基板として用いたことが、本サンプルの合成のポ

イントである。加藤（公募）は、WS2 において新たな発光（PL）現象を発見し、欠陥に補足された局在励起子からの発

光であることを明らかにした。・SiC 熱分解法によるウェーハサイズの大面積化楠は、これまでの SiC 熱分解によるグラフェン成長メカニズムの詳細な知見をもとに、雰囲気制御・昇温

／降温速度制御可能な加熱炉の導入と、精密な最適化により、SiC 熱分解法によりミリメートルサイズの

低欠陥単結晶グラフェン成長を実現した。共同研究で遠藤（物性班）による量子ホール測定、長汐（応用

班）による量子容量測定が進行中である。・グラフェンの「種」の精密合成に基づく CVD 成長制御斉木・依光は、アザグラフェンの「種」となる原子層状小型アミン分子を精密合成し、これを炭素/窒素源

として CVD を行ったところ、窒素をアミン型に保ったままアザグラフェンを成長させることに成功した。

有機合成法と CVD 法の合成技術の協同による成果である。 (2)概ね予想通りの達成があった点・斉木は、酸化グラフェンの従来の還元法における欠点は，還元時の酸素脱離過程においてグラフェン格

子の炭素原子が失われ欠陥が残存することであることに着目し，還元剤，熱による還元の代わりに，RFプラズマの使用を試みたところ，メタンプラズマを使用すれば 400 度以下の温度では還元時における炭素

の消失が相当に抑制され，酸化グラフェンを出発原料としたグラフェンでは最高レベルに近い移動度（200 cm2/Vs）が得られることを見出した。また、輻射光を利用し Cu 基板上で成長するグラフェンのその場実

時間観察に成功した。・篠原・北浦は、ナノチューブ空間を利用した分子融合により、長尺かつ構造制御されたグラフェンナノ

リボンの合成に成功した。・依光は、ポルフィリン同士を連結して大型原子層分子を作ることで、近赤外線応答材料の合成に成功し

た。また、パラジウムをはじめとする遷移金属をポルフィリン周辺部に配置した原子層分子は原子層の電

子状態に応じた特異な触媒活性を示すことも明らかにした。原子層の特性を活かした特異な光・電子物性

を有する魅力的な大型分子が続々と生まれている。以上のように、グラフェンを中心に、WS2/hBN などの新規原子膜・複合膜の高品質化は予想以上のペ

ースで改良が成され共同研究にまで結びついてきており、デバイス化を視野に入れた合成班としての当初

の目標に対し一定の成果を得られた。しかしながら、Si、Ge、P の新規 1 原子層物質など世界的に出現す

る新物質への対応は十分とは言えない。今後、公募班など新たなメンバーの参入を期待したい。

- 51 -

今後の研究計画・方法本欄には、今後の具体的な研究計画・方法について、平成 27年度から年度ごとの計画を分けて、適宜文献を引用しつつ焦点を絞

り、具体的かつ明確に記述してください。ここでは、研究が当初計画どおりに進まない時の対応など、多方面からの検討状況につい

て記述するとともに、研究計画を遂行するための研究体制について、研究分担者とともに行う研究計画である場合は、研究代表者及

び研究分担者の具体的な役割（図表を用いる等）、学術的観点からの研究組織の必要性・妥当性及び研究目的との関連性についても

記述してください。

また、研究体制の全体像を明らかにするため、連携研究者及び研究協力者（海外共同研究者、科研費への応募資格を有しない企業

の研究者、その他技術者や知財専門家等の研究支援を行う者、大学院生等（氏名、員数を記入することも可））の役割についても記

述してください。


なお、研究期間の途中で異動や退職等により環境が大きく変わる場合は、研究実施場所の確保や研究実施方法等についても記述し

てください。

合成班では、27 年度以降、計画班 7 名、公募班 7 名、総勢 14 名の体制の中、大きく 4 手法、(1)SiC 熱分解

法、(2)CVD 法、(3)酸化グラフェン還元法、(4)有機合成法、に分類し、互いに共同体制を組んで行く。これら

の手法をもとに、基本的には、グラフェンの高品質化、大面積を実現することを掲げるとともに、新しい原子層

物質として、各種 TMDC の合成、複合積層、ヘテロ化も探求する。得られたサンプルを物性班、応用班に提供

し、最終段階においてのデバイス作製に向け、個々に準備を進めてゆく。当初計画からの研究経費に関する大き

な変更はない。 (1)SiC 熱分解法合成：デバイス作製にむけ、物性班、応用班に提供するための周期ステップ表面上グラフェン、

大面積化を集中（楠：研究代表）。分子吸着などの自己集積化手法による複合原子膜化の電荷移動、キャリア散

乱に関する検討（高井：公募）。 (2)CVD 法合成：①エッチング析出法による精密な制御。CVD 法を実用技術の確立。仁科グループと共同で、

酸化グラフェンと CNT の複合化による電気化学キャパシタ電極の開発を進める（野田：分担）。②エタノール

ガス CVD 合成による単結晶グラフェンの大面積化（丸山：分担）。③hBN、高品質 TMDC の大面積 CVD 積層

成長に集中。MBE 装置立上げにより、高品質ヘテロ構造の成長、光・電子物性探索（北浦：分担）。④輻射光

利用によるその場実時間観察手法 [Nat. Commun. 6, 6834(2015)]を駆使したミリメートルスケールグラフェン

の成長探索。原料分子の選択によるドープグラフェンの CVD 成長法確立（斉木：分担）。マイルドプラズマ反

応による選択的エッジ修飾による WS2の新物性発現（加藤：公募）。異種元素ドープした TMDC の p-n 接合の

作製と電界発光の検証（宮田：公募）。 (3)酸化グラフェン還元法合成：酸化グラフェンのメタンプラズマ還元法を最適化。酸化グラフェン由来の端構

造を制御したグラフェンナノリボンの合成（斉木：分担、藤川：物性班との共同）。芳香族化合物修飾した酸化

グラフェンのスーパーキャパシタ、リチウムイオン電池、潤滑剤への応用を検討（仁科：公募）。酸化グラフェ

ン・CNT 複合膜の開発とスーパーキャパシタ応用（野田：分担、仁科：公募との共同）。 (4)有機合成法合成：ポルフィリン周辺部にヘテロ原子を導入しながら原子層を拡張する新手法の開発。他元素

の特徴を生かした新規原子層の作成と機能探索（依光：分担）。金属錯体ナノシートの半導体特性評価、二次元

トポロジカル絶縁体（TI）の実証に挑戦（坂本：公募）。グラフェン量子ドットを用いたエッジ修飾による光物

性の制御（廣戸：公募）。今後の研究成果も、本領域が設置した Web (http://flex.phys.tohoku.ac.jp/gensisou/index.html) を最大限

に活用し発信を続けるとともに、マスメディア・新聞を通し、得られた成果を社会に発信してゆく。

28,29 年度研究計画：研究の総括デバイス化対応試作

SiC 熱分解法 CVD 法有機合成法

27 年度研究計画：・ｸﾞﾗﾌｪﾝ大面積化推進・新規 2 二元膜の開拓および予備評価・共同研究の推進

SiCｽﾃｯﾌﾟの高精度制御

層数周期制御複合積層構造

高品質化保障

複合構造大面積化ﾃﾞﾊﾞｲｽ対応

ﾎﾟﾙﾌｨﾘﾝ原子層

ドープ効果金属錯体ﾅﾉｼｰﾄ

新規特性評価

ﾄﾞｰﾌﾟ効果大面積化電池応用

近赤外光応答色素

新機能新材料創成

ｳｪｰﾊｽｹｰﾙの実現ﾃﾞﾊﾞｲｽ試料対応

酸化ｸﾞﾗﾌｪﾝ法

ｼﾝｸﾞﾙﾄﾞﾒｲﾝ大面積化酸化ｸﾞﾗﾌｪﾝ・CNT 複合化

エッジ修飾実時間その場観察高品質ヘテロ構造

還元法確立

ﾅﾉﾘﾎﾞﾝ化高移動度実現ｸﾞﾗﾌｪﾝ量子ﾄﾞｯﾄのｴｯｼﾞ修飾

- 52 -





合成は初年度の重点配分により、設備導入がほぼ終了しており、予定通り、27 年度以降の設備購入の計

画はない。今後、共同研究が活発に行われてゆく中、合成班としてサンプル提供を安定に推進してゆくた

めに、基板材料費、各種高純度ガス、高純度 Cu 基板、各種原料費の購入が必要であるが、消耗品費とし

て予定通りであり、大きな変更点はない。

また、組織に関しては、初年度において本 A01 計画研究の連携研究者として登録していた大野雄高（名

大）は、カーボンナノチューブ膜の合成をテーマにしていたが、当人の得意とするデバイス化技術・評価

技術を生かすため、26年度から本領域の A03公募研究として採択され、移動している。






ります。


該当しません。

- 53 -




を引いてください。また、corresponding author には左に＊印を付けてください。主要論文(2013-2015.5)

1. T. Terasawa and *K. Saiki, "Radiation Mode Optical Microscopy on the Growth of Graphene" Nat. Commun., 6, 6834 (2015). （査読有）

2. T. Katoh, G. Imamura, S. Obata, M. Bhanuchandra, G. Copley, H. Yorimitsu, *K. Saiki, “The Influence of Source Molecule Structure on Low Temperature Growth of Nitrogen-doped Graphene”, Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 14115–14121 (2015). （査読有）

3. Y. Masuda, *W. Norimatsu, and M. Kusunoki, "Formation of a nitride interface in epitaxial graphene on SiC (0001)", Phys. Rev. B, 91, 075421-1~6 (2015). （査読有）

4. H. Shirae, D.Y. Kim, K. Hasegawa, T. Takenobu, Y. Ohno, and *S. Noda, "Overcoming the quality-quantity tradeoff in dispersion and printing of carbon nanotubes by a repetitive dispersion-extraction process" Carbon, 91, 20–29 (2015). （査読有）

5. M. Kosaka, S. Takano, K. Hasegawa, and *S. Noda , "Direct synthesis of few- and multi-layer graphene films on dielectric substrates by "etching-precipitation" method", Carbon, 82, 254–263 (2015). （査読有）

6. S. Kim, P. Zhao, S. Aikawa, E. Einarsson, S. Chiashi, *S. Maruyama, “Highly Stable and Tunable n-Type Graphene Field-Effect Transistors with Polyvinyl Alcohol Films” ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 9702-9708 (2015). (査読有)

7. N. Fukui, *H. Yorimitsu, and *A. Osuka, "meso,β-Oligohaloporphyrins as Useful Synthetic Intermediates of Diphenylamine-Fused Porphyrin and meso-meso β-β Doubly Butadiyne-Bridged Diporphyrin" Angew. Chem. Int. Ed., 54, 6311–6314 (2015). （査読有）

8. *R. Sakamoto, K. Hoshiko, Q. Liu, T. Yagi, T. Nagayama, S. Kusaka, M. Tsuchiya, Y. Kitagawa, W.-Y. Wong, H. Nishihara, "A photofunctional bottom-up bis(dipyrrinato)zinc(II) complex nanosheet", Nat. Commun, 6, 6713 (2015). （査読有）

9. Y. Kobayashi, S. Sasaki, S. Mori, H. Hibino, Z. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Suenaga, Y. Maniwa, *Y. Miyata, "Growth and Optical Properties of High-Quality Monolayer WS2 on Graphite", ACS Nano, 9 (2015) 4056-4063. （査読有）

10. S. Ito, *S. Hiroto, S. Lee, M. Son, I. Hisaki, T. Yoshida, *D. Kim, *N. Kobayashi, and *H. Shinokubo, "Synthesis of Highly Twisted and Fully π-Conjugated Porphyrinic Oligomers", J. Am. Chem. Soc., 137, 142-145 (2015). （査読有）

11. A. Saito, H. Tsuji, I. Shimoyama, K. Shimizu, *Y. Nishina, "Highly durable carbon-supported Pt catalysts prepared by hydrosilane-assisted nanoparticle deposition and surface functionalization", Chem Commun, 51, 5883-5886 (2015). （査読有）

12. M. Okada, T. Sawazaki, K. Watanabe, T. Taniguchi, H. Hibino, *H. Shinohara, and *R. Kitaura, "Direct Chemical Vapor Deposition Growth of WS2 Atomic Layers on hBN", ACS Nano, 8, 8273-8277, 2014. （査読有）

13. S. Zhao, T. Kitagawa, Y. Miyauchi, K. Matsuda, *H. Shinohara, and *R. Kitaura, "Rayleigh scattering studies on inter-layer interactions in structure-defined individual double-wall carbon nanotubes", Nano Research, 7, 1548-1555, 2014. （査読有）

14. *P. Zhao, S. Kim, X. Chen, E. Einarsson, M. Wang, Y. Song, H. Wang, S. Chiashi, R. Xiang, *S. Maruyama, "Equilibrium Chemical Vapor Deposition Growth of Bernal-Stacked Bilayer Graphene" ACS Nano, 8, 11631-11638 (2014). (査読有)

15. K. Kotsuki, S. Obata, and *K. Saiki, "Electric-Field-Assisted Position and Orientation Control of Organic Single Crystals", Langmuir, 30, 14286 (2014). （査読有）

16. N. Fukui, *H. Yorimitsu, J. M. Lim, *D. Kim, and *A. Osuka, "Synthesis of 7,8-Dehydropurpurin Dimers and Their Conversion to Conformationally Constrained β-to-β Vinylene-Bridged Porphyrin Dimers", Angew. Chem. Int. Ed., 53, 4395-4398 (2014). （査読有）

17. *T. Kato and T. Kaneko, "Optical detection of a highly localized impurity state in monolayer tungsten disulfide", ACS Nano, 8, 12777-12785 (2014). （査読有）

18. *M. Panich, V. Yu. Osipov and K. Takai, "Diamagnetism of carbon onions probed by NMR of adsorbed water", New Carbon Mater., 29 392-397 (2014). （査読有）

19. M. Morita, *W. Norimatsu, H-J. Qian, S. Irle, and M. Kusunoki, "Atom-by-atom simulations of graphene growth by decomposition of SiC (0001): Impact of the substrate steps", Appl. Phys. Lett., 103, 141602-1～4 (2013). （査読有）

20. *W. Norimatsu and M. Kusunoki, "Structural features of epitaxial graphene on SiC {0001} surfaces (Invited Review)". Phys. D: Appl. Phys., 47, 094017-1~16 (2014). （査読有）

21. *W. Norimatsu and M. Kusunoki, "Epitaxial graphene on SiC {0001}: advances and perspectives (Invited Review)", Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 3501-3511 (2013). （査読有）

- 54 -




設備備品：

前述通り、合成班の設備導入は 25年度、26 年度においてほぼ終了しており、27 年度以降はさしあた

っての購入計画はない。ただし、今後、共同研究が発展し、あらたな小規模設備の導入の可能性はあ

る。その場合は、優先順位を付けて物品費から融通してゆく予定である。

消耗品：

27 年度以降は共同研究が進行するため、サンプル提供のための材料の纏まった量の購入が必要とな

る。主な材料としては、真空部品、高純度ガス、SiC 基板、金属基板、各種化学薬品、加熱炉ヒータ

ー等の消耗品、電子顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡等関係消耗品、が主要な品目として挙げられる。

平成 27 年度：1851万円[内訳：真空部品 500 万円、高純度ガス 600万円、SiC,金属基板 300万円等]



旅費：

本領域の定例全体会議への参加、原子薄膜の合成に関連する国内・国際会議において情報収集と成果

発表を行うための旅費を計上する。また計画研究グループ内の打ち合わせや計画研究間（物性班・応

用班・理論班）との研究打ち合わせのために国内旅費が必要となる。さらに本計画研究へフィードバ

ックを強化するため、海外の共同研究グループへの訪問する費用を計上する。

平成 27 年度：470万円[内訳：国際旅費 30万円×延べ 10件、国内旅費 10万円×延べ 15 件]



人件費：

東大(分担者：斉木、丸山)においてポスドクを各 1名、年間雇用（440万円／年）し、人的パワーを

増強する（この雇用は合成班のもので総括班のものとは異なる）。さらに、外国人研究者を招聘した

際に見込まれる滞在費の費用、国際・国内会議、研究会開催時に必要な謝金を計上する。

平成 27 年度：500万円[内訳：人件費（ポスドク 2名×６ヶ月＝440万円）、招聘、謝金 60 万]

平成 28 年度：540万円[内訳：人件費（ポスドク 2名×６ヶ月＝440万円）、招聘、謝金 100万]

平成 29 年度：540万円[内訳：人件費（ポスドク 2名×６ヶ月＝440万円）、招聘、謝金 100万]

その他：

主に会議の参加登録費、論文掲載料、基板表面研磨費、導入装置修理費等に計上する。

平成 27 年度：149 万円



- 55 -





２５

２６

超高温真空加熱

装置

高分解能プロー

ブ顕微鏡システ

ム

Heリークディテ

クター

イオンクリーナ

ー

固体レーザー

プラズマリアク

ター

クイックコータ

ー

長距離高性能ズ

ームレンズ

高解像度デジタ

ルカメラ

ツインアノード

X線源

電子エネルギー

分析器

冷却水循環器

ロータリーステ

ージ

超純水製造装置

正立顕微鏡ｴｸﾘ

ﾌﾟｽNi-U

ｵｲﾙﾌﾘｰｽｸﾛｰﾙﾎﾟﾝ

ﾌﾟ

蒸着用膜厚ｺﾝﾄﾛ

ｰﾗｷｬﾉﾝｱﾈﾙﾊﾞ製

デジタル・オシ

ロスコープ

ORCA-Flash4.0

V2デジタルカメ

ラ

サーモ理工

/SR1800D1

日立ハイテクサイ

エンス・Nanocute

OP

アジレントテクノ

ロジー製・VSPR021

日本電子㈱・

EC-5200IC

堀場製作所・

HR-800-488-50

ヤマト科学㈱・

PR500Z

サンユー電子・

SC-701MkⅡ

キーエンス・

VH-Z50L

浜松ホトニクス

英国 PSP/TX-400

英国 PSP・

RESOLV-SCD

アールデック

Thermo chill /PD1

真空光学 VRS-114M

メルク㈱製・

Mill-Q Integura15

ﾆｺﾝ製 NI-U-LADNS

SQC310

HDO4022

C11440-22CU浜松ホ

トニクス（株）製

1

1

1

１

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

9,933,504

9,339,988

1,852,954

1,350,090

1,417,500

4,935,000

945,000

1,438,500

1,795,500

3,920,490

8,646,750

525,000

546,000

2,088,300

1,846,800

514,080

529,805

995,000

1,846,800

9,933,504

9,339,988

1,852,954

1,350,090

1,417,500

4,935,000

945,000

1,438,500

1,795,500

3,920,490

8,646,750

525,000

546,000

2,088,300

1,846,800

514,080

529,805

995,000

1,846,800

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

東京大学

東京大学

東京大学

東京大学

東京大学

東京大学

早稲田大学

名古屋大学

東京大学

名古屋大学

東京大学

東京大学

- 56 -


年度



平成 25 年度

超高温真空加

熱装置

高分解能プロ

ーブ顕微鏡シ

ステム

He リークデ

ィテクター

イオンクリー

ナー

固体レーザー

プラズマリア

クター

長距離高性能

ズームレンズ

高解像度デジ

タルカメラ

ツインアノー

ド X線源

電子エネルギ

ー分析器

超純水製造装

置

ほか

9,933,504

9,339,988

1,852,954

1,350,090

1,417,500

4,935,000

1,438,500

1,795,500

3,920,490

8,646,750

2,088,300

（国内）会議出

席、研究発表楠美智子(5件)

斉木幸一朗(11

件)

野田優(5 件)

丸山茂夫(11

件)

北浦良(1 件)

依光英樹(14

件)

280,600

378,520

73,920

306,000

52,160

1,074,213

研究支援員（1

名、6 ヶ月）

特定研究員（1

名,1ヶ月）

非常勤職員(1

名、２ヶ月)

429,032

337,844

408,300

会議参加登録

費

楠美智子(1件)

野田優(4 件)

丸山茂夫(4件)

北浦良(1 件)

依光英樹(4件)

設備修理費等

59,595

38,500

56,419

8,480

56,580

1,998,898

（外国）会議出


丸山茂夫(2件

北浦良(1 件)

依光英樹(2件)

282,610

296,980

117,660

140,404

計 73,703,285 3,003,067 1,175,176 2,218,472

平成 26 年

正立顕微鏡ｴ

ｸﾘﾌﾟｽNi-U

ｵｲﾙﾌﾘｰｽｸﾛｰﾙ

ﾎﾟﾝﾌﾟ

蒸着用膜厚ｺﾝ

ﾄﾛｰﾗｷｬﾉﾝｱﾈﾙ

ﾊﾞ製

デジタル・オ

シロスコープ

ORCA-Flash4.

0 V2デジタル

カメラ

各種基板材料

真空関係部品

各種ガス等

ほか

1.846,800

514,080

529,805

358,845

1,846,800

1,154,520

19,792,103


席、研究発表楠美智子(13

件)

斉木幸一朗(18

件)

野田優(6 件)

丸山茂夫(7件)

北浦良(1 件)

依光英樹（4件）

778,560

409,380

79,450

586,680

121,660

236,960

博士研究員

（ポスドク相

当 1名、1ヶ

月）楠美智子

研究支援員（1

名、6 ヶ月）

斉木幸一朗

博士研究員

（ポスドク相

当 1名、6ヶ

月）丸山茂夫

博士研究員

（ポスドク相

当 1名、12ヶ

月）依光英樹

謝金

（3名 x1 日、

実験）依光

（3名 x1 日、

実験）野田

456,322

300.000

1,417,296

4,097,773

96,000

33,000

会議参加登録

費

楠美智子(3件)

斉木幸一朗(1

件)

野田優(2 件)

丸山茂夫(4件)

依光英樹(4件)

論文掲載料(1

件)斉木

設備修理費等

108,466

7,000

10,420

85,000

114,032

37,301

1,385,823



丸山茂夫(1件)

北浦良(2 件)

依光英樹（2件）

601,142

821,759

18,240

412,570

26,042,953 4,366,401 6,400,391 1,748,042

- 57 -


区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

2

全国共同利用附置研

究所連携事業・6 大

学連携プロジェクト

文部科学省分担者採択

平成23年度

～平成 27年

度

1,000／32,000 20

21,000／156,000

研究課題名特異構造金属・無機融合高機能材料開発共同研究



基板上に成長させたカーボンナノチューブ膜の電気特性に関する研究であり、グラフェン形成に関する本

研究とは大きく異なる


上記研究は、SiC熱分解に関する本研究と並ぶ重要な課題であるため。

区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

1 基盤研究（B）文部科学省研究代表応募

平成26年度

～平成 28年

度

3､800／4,800 20

11,000／12,600

研究課題名 SiC ナノ粒子の表面分解法による超高比表面積 CNT 材料の開発



上記研究は SiC粉末から得られる高密度カーボンナノチューブの大量合成に関する研究であり、本研究に

おける基板上グラフェン合成に関する研究とは大きく異なる。


上記研究は、SiC熱分解に関する本研究と並ぶカーボンナノチューブの応用開発に向けた重要な課題であ

るため。

- 58 -



研究課題名

25107003

原子層の量子物性測定と新規物性探索

直接経費




平成 25年度 52,372,237 46,911,810 3,650,541 0 1,809,886 平成 26年度 56,099,921 53,421,954 2,082,089 0 595,878

平成 27 年度（予定） 29,600,000 21,240,000 6,000,000 2,070,000 290,000 平成 28年度（予定） 28,000,000 21,540,000 6,110,000 70,000 280,000 平成 29 年度（予定） 25,700,000 19,310,000 6,040,000 70,000 280,000






代表長田俊人東京大学・物性研究所・准教授

新規原子層物質の開拓、グラフェン単層 2 層接合の量子伝導実験

21,130,000

分担町田友樹東京大学・生産技術研究所・准教

授

グラフェン p/n接合系およびグラフェン積層系の量子ホール伝導実験

22,730,000

分担山本倫久東京大学大学院・工学系研究科・

講師

超伝導体/グラフェン接合系におけるクーパー対分離とバレーホール効果の実験

7,470,000

分担八木隆多広島大学大学院・先端物質科学研

究科・准教授

h-BN 基板上多層グラフェンおよびアンチドット格子の伝導実験

7,420,000

分担劉崢産業技術総合研究所・ナノ材料研

究部門・主任研究員

高分解能電子顕微鏡を用いた複合原子層の原子レベルその場観察実験

19,132,158

分担菅原克明東北大学・原子分子材料科学高等

研究機構・助教

スピン分解ARPES 装置の高分解能化と原子層の光電子分光実験

30,590,000

連携遠藤彰東京大学・物性研究所・助教周期的ポテンシャル変調が導入されたグラフェンの伝導実験

0

合計７名直接経費合計 108,472,158

- 59 -

研究概要



①研究目的本研究はグラフェンを始めとする原子層物質系の物性研究を、電気伝導を主軸として原子像観察や

光電子分光を援用しつつ総合的に行い、新しい物性物理分野を開拓することを目的とする。具体的な

解明目標は以下の３つである。（１）h-BN 上高品質グラフェンを用いたディラック電子系の量子伝導物性の解明六方晶窒化ホウ素（h-BN）基板上の高移動度グラフェンを用いることにより、乱れに隠されてい

た固体中ディラック電子系の各種の異常物性（Dirac physics）を顕在化させ、実験により検証する。（２）新しい原子層物質の探索と物性物理の開拓原子層転写・積層技術を用いたグラフェン/h-BN 複合原子層や、遷移金属ダイカルコゲナイド

(TMD)などの層状物質の劈開による新しい原子層物質を探索し、その物性物理を開拓する。（３）ミクロプローブ手法による物性発現機構の微視的同定と理解高分解能透過電子顕微鏡やスピン分解角度依存光電子分光（ARPES）等の世界水準のミクロプロ

ーブ手法を用いて、原子層物質のマクロ物性発現の機構を微視的に同定し、総合的な概念構築を行う。 ②現在までの研究経過平成 25・26 年度は、技術開発と研究環境の整備と並行して研究を行った。h-BN 基板上の高移動度

グラフェン作製技術の確立と、世界水準にある高分解能電顕、スピン分解 ARPES の整備を行った。

代表的研究成果としては、2 層グラフェンにおけるバレーホール効果の発見、グラフェン面内成長メ

カニズムの解明、シリセン固有のディラック線形分散の観測、FeSe 少数原子層における K ドープに

よる高温超伝導（Tc~50K）の実現などが挙げられる。 ③現在までの研究の評価技術開発と研究環境の整備、各テーマの進行状況ともに、概ね順調に進展していると判断できる。



初期の技術開発と環境整備を終えたので、平成 27 年度以降は各テーマに関する本格的研究を実施して

いく。研究計画は基本的に当初計画の通りであるが、新規原子層物質の登場やこれまでの研究の過程で現

れた新しい問題に対応して、個別テーマは追加修正がなされている。長田・町田・山本・八木・遠藤は低

温磁場中電気伝導実験、劉は電子顕微鏡による原子レベル構造観察、菅原は角度分解光電子分光(ARPES)を手法として研究を進める。代表的なテーマについての年次計画は以下の通りである。 ●平成２７年度

・グラフェン単層/2 層接合における量子ホールエッジ伝導とバレー選択伝導（長田）・単層～少数層フォスフォレンにおけるエッジ伝導の探索と垂直電場効果（長田）・グラフェン p/n/p 接合における量子ホールエッジ伝導と量子干渉効果（町田）・超伝導体/グラフェン量子ドット構造におけるクーパー対分離効率向上のための試料形状最適化（山本）・AB 積層型偶数層、AB 以外の積層構造を持つグラフェンの磁気抵抗測定による電子構造解明（八木）・微細加工により周期的変調を導入した SiC 上グラフェンにおける整合性磁気抵抗振動の探索（遠藤）

・高分解能電顕を用いたグラフェン、h−BN、TMD のヘテロ複合原子層膜の原子レベル構造解析（劉）・単層 MoS2等のスピン分解 ARPES 測定と空間反転対称性の破れによるスピン偏極状態の検証（菅原）

●平成２８年度以降：前年度までの実験を継続すると共に、新規テーマの実験も行う。・グラフェン/h-BN、グラフェン/グラフェンなどのツイスト積層モアレ超格子系における磁場中ホフスタ

ッター準位とその特異な量子ホール効果の検証（町田）・超伝導体/グラフェン量子ドット構造における、磁性体を用いたベル測定や干渉測定による、クーパー対

分離した電子間の非局所量子もつれの検証（山本）・高分解能電子顕微鏡を用いた TMD、ヘテロ複合原子層膜の熱処理による構造変化の解明（劉）

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の研究費)の助成を受ける予定がある場合は、当該継続研究課題と本研究課題との相違点 ①学術的背景

2004 年に英国の Geim、Novoselov 両博士のグループが、劈開法によりグラフェンの単離と伝導測定を

報告して以来、「原子層」の物性研究は内外で急速に拡大している。グラフェンは円錐状分散（ディラッ

クコーン）を持つ質量ゼロの２次元ディラック電子系であり、後方散乱が抑制され高移動度が実現するな

ど、基礎的・応用的に重要な異常物性を示す。また遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)系物質の原子層で

はグラフェンを上回るトランジスタ特性が期待される。本分野においては日本発の重要な貢献も多数存在

する。例えばグラフェンを高移動度化するための基板結晶として必須な h-BN 結晶は物材機構の渡邊(A03連携)・谷口により世界中に提供されてきた。また産総研の劉(A02 分担)らのグループが保有する高分解能

透過電子顕微鏡は原子層物質の原子レベル構造観察が可能である。こうした日本の特長を核にして各研究

室が個別に持つ試料操作技術や測定技術を有機的に組み合わせ、新しい学問領域「原子層の物性科学」へ

の飛躍を企図したことが本研究の着想の経緯である。 ②研究目的（期間内の解明目標）本研究は原子層物質の新奇物性を、量子伝導および原子像観察・光電子分光により探索・解明し、原子

層特有の新しい物性物理学体系を確立することを目的とする。具体的な解明目標は以下のとおりである。（１）h-BN 上高移動度グラフェンを用いたディラック電子系の量子伝導物性の解明グラフェンが有する固体中ディラック電子系特有の特異な物性（"Dirac Physics"）の解明を行う。この

ために領域内共同研究としてA03応用班の渡邊・谷口グループから安定に供給される高品質h-BN結晶上

に転写・積層することによりグラフェンの高移動度化を図り、グラフェン本来の Dirac Physics を顕在化

させて量子伝導の精密実験を行う。（２）新しい原子層物質の探索と物性物理の開拓機械的劈開法により新しい原子層物質を開拓し新奇物性の探索を行う。シリセン、フォスフォレン、遷

移金属ダイカルコゲナイド(TMD)などの既知の原子層に加え、その他の層状結晶の劈開による新しい原子

層の開拓とそれが示す物性の探索を行う。また異種原子層を積層した複合原子層物質を作製し、新規物性

の探索を行う。（３）ミクロプローブ手法による物性発現機構の微視的同定と理解産総研の高分解能透過型電子顕微鏡を用いて原子層の構造を原子レベルでその場観察し、マクロ物性と

の関連を解明する。また世界水準のスピン分解時エネルギー分解能を持つスピン分解 ARPES（角度分解

光電子分光）装置を東北大に整備し、原子層の電子構造を直接解明する。共に世界最先端の装置であり、

国際競争力の高い独創的研究を行う。

③領域内の有機的結合により期待される新研究の創造

原子層の物性実験を担当する本計画研究が、原子層の物性理論(A04)や合成技術(A01)、応用技術

(A03)を扱う領域内の他の計画研究と有機的に結合することにより、日常的な共同研究や情報交換が

促進され、従来困難であった各種の新しい研究が可能となる。特に研究目的（１）に関しては、その

要となる高品質 h-BN 単結晶が、世界トップレベルの A03 班の渡邊グループから安定に供給されるよ

うになり、実験精度の画期的向上が見込まれる。

④学術的特色・独創性・意義

研究目的（１）の Dirac physics に関しては、従来の SiO2/Si 基板上試料のかわりに h-BN 結晶上

に転写した高移動度グラフェンを用いる精密実験手法を広く普及させ、組織的に研究を進めるところ

に意義がある。目的（２）の新原子層の探索研究は、グラフェンを超えた原子層という新学術分野の

開拓という意味で本領域の主旨に沿ったものであり、基礎物理のみならず応用的にも大きな可能性と

重要性を秘めている。目的（３）については伝導物性、構造物性、表面物性という異なる分野の研究

者間の横のつながりを強化し総合力を発揮させて新しい知見や概念の創出を促すという意義がある。

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平成 26 年度に研究費の重点配分を受けて、超伝導磁石マグネット（町田）、顕微ラマン分光装置（長田）、

高分解能電子顕微鏡用２軸傾斜・加熱・電場印加試料ホルダー（劉）、ARPES 用 VLEED スピン分解検出

器（菅原）を大型設備として導入・整備した。研究目的に対する進捗状況と成果は以下の通りである。（１）h-BN 上高移動度グラフェンを用いたディラック電子系の量子伝導物性の解明高品質 h-BN 結晶が A03 応用班の渡邊・谷口グループから安定に供給されるようになり、その上に転

写・積層した高移動度グラフェンを用いた精密測定が各グループとも一般化した。 ●山本は、h-BN 上グラフェン− 超伝導体接合を用いた量子エンタングラーの研究を行っている。具体的

にはグラフェン中でクーパー対をスピン相関した２電子に分離し、空間的に離れた電子間の非局所量子も

つれの検証を目指している。現在までにグラフェン量子ドットの帯電エネルギーを利用したクーパー対分

離に予定より早く成功している。また、バレー自由度を用いる分離手法も提案し、バレー制御の手段とし

て、歪み印加法の開発とバレーホール効果の検証も成功させた。これらの結果は、「グラフェンバレート

ロニクス」という新分野を拓くもので、クーパー対分離以外にも広く利用可能である。

●八木は、h-BN 上に形成した高移動度グラフェンを用いて、多層グラフェンの電子構造の層数・積層様

式依存性と、ディラック電子特有の弾道的伝導特性の研究を行っている。現在までに、５、７、９層 AB積層の高移動度グラフェンについて磁気抵抗の量子振動の測定を行い、電子構造を実験的に解明してい

る。また単層、2 層グラフェンに微細加工により周期的に穴を形成したアンチドット格子で、弾道的伝導

による明確な整合磁気抵抗ピーク、AAS 振動などを観測している。 ●遠藤は、A01 合成班・楠グループから供給された微傾斜 SiC 基板上エピタキシャルグラフェンについて

磁場中伝導実験を行った。傾斜基板のテラス構造を反映した周期的変調構造のブラッグ反射による「開い

た軌道」の幾何学共鳴と解釈できる磁気抵抗振動を観測した。

（２）新しい原子層物質の探索と物性物理の開拓機械的劈開法によりグラフェン以外の原子層物質やその積層構造を作製し新奇物性の探索を行った。 ●長田は、単層および２層フォスフォレンの電磁場下の電子構造（特にエッジ状態）を LCAO 計算によ

り調べ、２層系ではジグザグ端のエッジ状態が価電子帯に埋没して局所的なアクセプタとして働き、垂直

電場下ではこれがギャップ内に浮上してナノ構造のキャリア数に影響することを見出した。またスピンが

フラストレートした三角格子モット絶縁体 NiGa2S4の少数層 FET 素子を作製し、チャネル抵抗の p 型ゲ

ート電圧依存性を観測して、ホロン注入を実験的に確認した。 ●町田は、劈開法および原子層転写技術を用いて金属/MoS2/グラフェンのショットキーダイオード構造

（縦型 FET 素子）を作製し、面直伝導において、バックゲート電圧による最大 105以上の ON/OFF 比を

達成した。この ON/OFF 比は MoS2原子層数に依存するが、CVD 法により作製された同素子に比べて優

れた特性であった。また 104 A/cm2を超える大きな ON 電流密度を同時に達成し、同構造の課題であった

ON/OFF 比と ON 電流密度の両立を実現した。（３）ミクロプローブ手法による物性発現機構の微視的同定と理解研究費を重点的に配分して、産総研の高分解能透過型電子顕微鏡と東北大の高エネルギー分解能スピン

分解角度分解光電子分光(ARPES)装置を世界水準の特徴ある装置として整備した。 ●劉は、高分解能透過型電子顕微鏡を駆使し、原子層の原子レベル構造のその場観察を行っている。現在

までにグラフェン上の単原子空孔、2 原子空孔、5 員環、7 員環、添加原子（ケイ素、窒素）などの格子

欠陥の検出・同定を行い、回転角が異なる 2 層グラフェンについてラマン分析と電子顕微鏡による原子構

造解析の対応付けに成功した。また単層グラフェン表面上の Si, N 単原子の特定およびエッジの電子状態

への影響を解明した。さらにグラフェン、h−BN等の単原子層膜のエッジ構造とその熱処理によるエッジ

構造変化を原子レベルで解明した。特にグラフェン面内成長のメカニズムを明らかにした。 ●菅原は、スピン分解 ARPES 装置の調整・改良を行い、スピン分解時のエネルギー分解能を 6meV まで

向上させた。また Ag(111)表面上にシリセンを成長し、その電子状態を ARPES で調べた結果、ディラッ

ク粒子とは異なる電子状態を観測した。一方、積層したシリセン層の間に Ca を挿入した構造を持つシリ

セン層間化合物 CaSi2において、シリセン層固有のディラック粒子的な線形分散の観測に成功した。これ

らの結果は、金属基板上の単層シリセンでは基板との相互作用により電子状態が変化することを実験的に

示したものである。さらに SrTiO3基板上に成長した少数層 FeSe 超薄膜上にカリウム原子を吸着させて

電子ドープを行い、バルク結晶(Tc<10K)を大きく上回る 50K 近い臨界温度を光電子スペクトルのギャッ

プにより確認した。原子層特有の超伝導物理の存在を示唆する興味深い結果である。

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い。

当初の計画によれば、平成 25 年度と 26 年度は技術開発と研究環境の整備を中心に行いつつ、個々のテ

ーマについて研究を進めていく予定であった。特に平成 26 年度は A02 物性班の重点配分の年にあたり、

実験機材の導入・整備を行った。導入した大型設備備品は、超伝導磁石マグネット（東大生研）、顕微ラ

マン分光装置（東大物性研）、高分解能電子顕微鏡用２軸傾斜・加熱・電場印加試料ホルダー（産総研）、

ARPES 用 VLEED スピン分解検出器関係機器（東北大）の４点であり、順調に稼働している。 ●技術開発と環境整備に関する目標達成度は以下の通りである。（Ａ）高品質グラフェン試料の作製技術の確立（伝導物性グループ：長田・町田・山本・八木・遠藤）量子伝導グループが研究目的（１）のテーマを遂行する要となる技術で、具体的にはグラフェンの基板

として用いる高品質h-BN 結晶の確保とその上にグラフェンを積層する原子層転写・積層技術の確立を指

す。高品質 h-BN 結晶に関しては本新学術領域の発足に伴い、A03 応用班の渡邊・谷口グループから結晶

の安定供給を受けられるようになった。また長田・町田・山本・八木は個別に原子層転写・積層技術およ

びアニールによる高移動度化技術を確立しており、これを用いた本格的な研究を開始している。一方、遠

藤は A01 合成班と共同して傾斜 SiC 基板の特性を生かして周期的変調構造を導入した特徴的なグラフェ

ン試料に関する研究を開始した。Dirac Physics を展開するための高品質グラフェン試料の作製態勢は十

分整ったと言える。（Ｂ）世界水準の評価装置の整備（評価グループ：劉・菅原）評価グループが保有する世界水準の高分解能ミクロプローブ観測装置を原子層研究用に整備し、研究目

的（３）のテーマにおいて国際的優位性を確保しようとするものである。具体的には原子レベルのその場

構造観察が可能な産総研の高分解能透過型電子顕微鏡に回転・加熱・電場印加機能を付与すること（劉）、

東北大の角度分解光電子分光(ARPES)装置にスピン分解時の高エネルギー分解能を付与すること（菅原）

である。共に機器の設置は終了し、後者ではスピン分解時のエネルギー分解能 6meV を達成しており、順

調に進展していると言える。 ●各グループの具体的研究テーマに対する目標達成度は以下の通りである。（長田）概ね順調：新規原子層物質の相次ぐ発見に伴い、当面の主力テーマを新規原子層に移した。フォ

スフォレンの理論的研究については成果が得られたが、この結果の実証実験は、吸湿性によるデータ再現

性の問題のためやや遅れている。一方、計画になかったモット絶縁体物質 NiGa2S4原子層の研究では一定

の成果を挙げつつある。（町田）計画以上：グラフェン/h-BN における光起電力効果や新規磁気抵抗振動現象の観測に加え、原子

層積層技術の完成により、計画になかった新規原子層物質に関する実験を幅広く開始することができた。

（山本）計画以上：グラフェン量子ドットを用いて予定よりも早くクーパー対分離に成功し、またバレー

ホール効果という計画になかった新テーマに取り込んで成果を挙げることができた。（八木）概ね順調：高品質グラフェン作製技術の確立に時間を要したが、いくつかのテーマは発表段階に

きており大きな遅れではない。（劉）概ね順調：計画通り研究が進展して、単層グラフェン表面上の Si,N 単原子を特定し、単原子層膜

のエッジ構造を原子レベルで解明し、また電子顕微鏡内での熱処理実験によりグラフェン面内成長メカニ

ズムを解明できた。（菅原）計画以上：本年度は、高感度スピン検出器用ターゲット薄膜作製装置を用いて高品質高寿命強磁

性 Fe 薄膜を製作し、スピン分解光電子分光装置の調整・改良を進めることで、スピン分解時のエネルギ

ー分解能 6meV を達成した。シリセンの固有線形分散の確認、FeSe 原子層の高温超伝導などの成果を挙

げることができた。（遠藤）やや遅れ：主力測定装置である、希釈冷凍機/15T 超伝導マグネットシステムの故障で実験が遅れ

た。傾斜 SiC 基板上グラフェンの共同研究では成果が出ている。グループ毎に若干の進捗状況の違いはあるが、総じて概ね順調に進展していると判断できる。

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前年度までに技術開発と研究環境の整備を基本的に終えたので、今後は個別の物性物理学テーマに関す

る実験を実施していく。当初計画の通り研究経費は実験に必要な消耗品費（試料作製関係、液体ヘリウム

などの寒剤費）が中心となる。各年度に各解明目標について試みる研究テーマは以下の通りである。h-BNなど基板や結晶に関して、多くのテーマが A01 合成班・A03 応用班との領域内共同研究となっている。

研究成果は、学術論文、学会発表、各研究室ホームページなどを通じて社会に発信する。

●平成２７年度

（１）h-BN 上高移動度グラフェンを用いたディラック電子系の量子伝導物性の解明・グラフェン単層/2 層接合における量子ホールエッジ伝導とバレー選択伝導（長田）・グラフェン p/n/p 接合における量子ホールエッジ伝導と量子干渉効果（町田）・グラフェン/h-BN/グラフェン積層構造によるランダウ準位構造のトンネル分光（町田）・超伝導体/グラフェン量子ドット構造におけるクーパー対分離効率向上のための試料形状最適化（山本）・垂直電場下2層グラフェンのバレーホール効果と金属的エッジ状態を用いたクーパー対分離実験（山本）・AB 積層型偶数層、AB 以外の積層構造を持つグラフェンの磁気抵抗測定による電子構造解明（八木）・微細加工により周期的変調構造を導入した SiC 上エピタキシャルグラフェンにおける整合性磁気抵抗

振動の探索（遠藤）

（２）新しい原子層物質の探索と物性物理の開拓・単層～少数層フォスフォレンにおけるエッジ伝導の探索と垂直電場効果（長田）・層状モット絶縁体 NiGa2S4原子層への電気 2 重層トランジスタ構造を用いたキャリア注入（長田）・原子層積層技術を用いた層状超伝導体 NbSe2ジョセフソン接合の超伝導特性（町田）（３）ミクロプローブ手法による物性発現機構の微視的同定と理解・高分解能電顕を用いた遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)原子層の原子レベル構造解析（劉）・高分解能電顕を用いたグラフェン、h−BN、TMD のヘテロ複合原子層膜の原子レベル構造解析（劉）・MBE成長した 2H-MoS2基板上単層シリセンの電子状態のARPES測定とディラック粒子の検証（菅原）・単層 MoS2等のスピン分解 ARPES 測定と空間反転対称性の破れによるスピン偏極状態の検証（菅原） ●平成２８年度必要に応じて前年度の実験を継続すると共に、以下のテーマについての実験を開始する。（１）h-BN 上高移動度グラフェンを用いたディラック電子系の量子伝導物性の解明・グラフェン/h-BN、グラフェン/グラフェンなどのツイスト積層モアレ超格子系における磁場中ホフスタ

ッター準位と TKNN 量子ホール効果の検証（町田）・超伝導体/グラフェン量子ドット構造における、磁性体を用いたベル測定や干渉測定による、クーパー対

分離した電子間の非局所量子もつれの検証（山本）・多層グラフェンアンチドット格子系の伝導特性における谷間散乱とベリー位相効果の検証（八木）（２）新しい原子層物質の探索と物性物理の開拓・SrTiO3基板上 FeSe 原子層における超伝導特性の検証（長田）・トポロジカル絶縁体 Bi2Se3少数原子層のヘリカル表面状態（長田）（３）ミクロプローブ手法による物性発現機構の微視的同定と理解・高分解能電子顕微鏡を用いた TMD、ヘテロ複合原子層膜の熱処理による構造変化の解明（劉）・SiC 上グラフェンやカーボンナノチューブ関連物質における ARPES 測定と特異電子状態の解析（菅原）

●平成２９年度

必要に応じて前年度までの実験を継続すると共に、追加実験やまとめを行う。

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平成 27 年度以降の研究計画、方法・設備、研究経費、研究組織については、具体的な研究テーマにつ

いて若干の追加修正がある以外は特に調書記載の内容からの変更はない。テーマの追加修正は、調書作成

時以降の本研究分野の発展と本研究の進展により新しい研究課題が発生したことによる。特に原子層半導

体フォスフォレンや 100K を超える臨界温度が報告された原子層超伝導体 FeSe など、グラフェンや遷移

金属ダイカルコゲナイドに続く新しい原子層物質の発見が続いているため、研究目的（２）についてテー

マを追加した。






ります。


該当なし。

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を引いてください。また、corresponding author には左に＊印を付けてください。

1. *T. Osada, "Edge State and Intrinsic Hole Doping in Bilayer Phosphorene", J. Phys. Soc. Jpn. 84, 013703/1-4 (2015).（査読有）

2. *T. Osada, "Surface Transport in the =0 Quantum Hall Ferromagnetic State in the Organic Dirac Fermion System", J. Phys. Soc. Jpn. 84, 053704/1-4 (2015). （査読有）

3. S. Morikawa, S. Masubuchi, R. Moriya, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *T. Machida,"Edge-channel interferometer at the graphene quantum Hall pn junction", Appl. Phys. Lett. 106, 183101-1-4 (2015).

4. Y. Miyata, *K. Nakayama, K. Sugawara, T. Sato, and T. Takahashi, "High-temperature superconductivity in potassium-coated multilayer FeSe thin films", Nat. Matter., published online.（査読有）

5. *R. Shimizu, K. Sugawara, K. Kanetani, K. Iwaya, T. Sato, T. Takahashi, and T. Hitosugi, "Charge-density wave in Ca-intercalated bilayer graphene induced by commensurate lattice matching", Phys. Rev. Lett. 114, 146103 (2015).（査読有）

6. E. Noguchi, K. Sugawara, R. Yaokawa, T. Hitosugi, H. Nakano, and *T. Takahashi, "Direct observation of Dirac cone in multilayer silicene intercalation compound CaSi2", Adv. Mater. 27, 856-860 (2015).（査読有）

7. T. Yamaguchi, *R. Moriya, Y. Inoue, S. Morikawa, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *T. Machida, "Tunneling transport in a few monolayer-thick WS2/graphene heterojunction", Appl. Phys. Lett. 105, 223109-1-4 (2014).（査読有）

8. *R. Moriya, T. Yamaguchi, Y. Inoue, S. Morikawa, Y. Sata, S. Masubuchi, and *T. Machida, "Large current modulation in exfoliated-graphene/MoS2/metal vertical heterostructures", Appl. Phys. Lett. 105, 083119-1-4 (2014).（査読有）

9. *R. Moriya, K. Sawano, Y. Hoshi, S. Masubuchi, Y. Shiraki, A. Wild, C. Neumann, G. Abstreiter, D. Bougeard, T. Koga, and *T. Machida, "Cubic Rashba spin-orbit interaction of a two-dimensional hole gas in a strained-Ge/SiGe quantum well", Phys. Rev. Lett. 113, 086601-1-5 (2014).（査読有）

10. *R. Moriya, E. Ikenaga, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Masubuchi, and *T. Machida, "Cross-sectional transmission electron microscopy analysis of single self-assembled quantum dot single electron transistor fabricated by atomic force microscope local oxidation", Jpn. J. Appl. Phys. 53, 045202-1-4 (2014).（査読有）

11. M. Arai, M. Onuki, *S. Masubuchi, R. Moriya, and *T. Machida, "Mid-infrared photoresponse of graphene nanoribbon bolometer", Jpn. J. Appl. Phys. 53, 035101-1-4 (2014).（査読有）

12. H. Shioya, S. Russo, M. F. Craciun, M. Yamamoto and S. Tarucha, "Straining graphene using thin film shrinkage methods", Nano Lett. 14, 1158 (2014). （査読有）

13. *Z. Liu, Y. C. Lin, C. C. Lu, C. H. Yeh, P. W. Chiu, S. Iijima, K. Suenaga, "In situ observation of step-edge in-plane growth of graphene in a STEM", Nat. Comm. 5, 4055 (2014).（査読有）

14. C. H. Yeh, H. Medina, C. C. Lu, K. P. Huang, Z. Liu, K. Suenaga, P. W. Chiu, "Scalable Graphite/Copper Bishell Composite for High-Performance Interconnects", ACS Nano 8, 275-282 (2014). （査読有）

15. L. H.  G. Tizei, Z. Liu, M. Koshino, Y. Iizumi, T. Okazaki, K. Suenaga, "Single Molecular Spectroscopy: Identification of Individual Fullerene Molecules", Phys. Rev. Lett. 113, 185502 (2014). （査読有）

16. *J. Kleeman, K. Sugawara, T. Sato, and T. Takahashi, "Anisotropic electron-phonon coupling in Rb-intercalated bilayer graphene", J. Phys. Soc. Jpn. 83, 124715 (2014). （査読有）

17. Toru Takahashi, *K. Sugawara, E. Noguchi, T. Sato, and T. Takahashi, "Band-gap tuning of monolayer graphene by oxygen adsorption", Carbon 73, 141-145 (2014). （査読有）

18. *T. Konoike, M. Sato, K. Uchida, and T. Osada, "Anomalous Thermoelectric Transport and Giant Nernst Effect in Multilayered Massless Dirac Fermion System", J. Phys. Soc. Jpn. 82, 073601/1-4 (2013). （査読有）

19. *S. Masubuchi, S. Morikawa, M. Onuki, K. Iguchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *T. Machida, "Fabrication and characterization of high-mobility graphene p-n-p Junctions encapsulated by hexagonal boron nitride", Jpn. J. Appl. Phys. 52, 110105-1-5 (2013). （査読有）

20. C. C. Lu, Y. C. Lin, Z. Liu, C. H. Yeh, K. Suenaga, P. W. Chiu, "Twisting Bilayer Graphene Superlattices", ACS Nano 7, 2587-2594 (2013). （査読有）

21. J. H. Warner, Z. Liu, K. He, A. W. Robertson, K. Suenaga, "Sensitivity of Graphene Edge States to Surface Adatom Interactions", Nano Lett. 13, 4820-4826 (2013). （査読有）

- 66 -




平成 26 年度に領域内で本計画研究 A02 に対する重点配分があり、大型設備備品の導入を行った。これ

により基本的な技術開発と研究環境の整備は平成 26 年度を以て完了した。平成 27 年度以降は、個別の物

性物理学テーマに関する本格的な実験的研究を実施していく。申請する研究経費は、基本的に当初計画の

通りで、実験に必要な消耗品費（試料作製関係材料、液体ヘリウムなどの寒剤費、真空部品）が中心とな

る。各費目の年度毎の内訳とその妥当性・必要性と積算根拠は以下の通りである。 ①設備備品費基本的に大型設備備品の導入はないが、15T 超伝導磁石システム（東大）、スピン分解 ARPES 装置（東

北大）の周辺装置（真空排気装置、監視装置等）を追加整備するための予算を、平成 27 年度に 2,560 千

円、平成 28 年度に 1,120 千円計上している。 ②消耗品費実験に必要な消耗品費で、以下の 5 つの項目に分けて具体的内容と積算根拠を示す。・実験機材等：実験システムに装備するメータ等の補助機器及び部品・実験用消耗品：電子線描画装置用電子銃 1,000 千円/年×5 基、超高真空部品 2,000 千円/年など・薬品・材料等：半導体ウェハ、原子層材料、電子線レジスト、蒸着材料、薬品など・寒剤・ガス等：液体ヘリウム（500 円/L で計算、10,000～12,000L/年）、液体窒素、各種ガスなど・その他：書籍など各年度の各項目についての内訳は以下の通りである。 ●平成 27 年度：18,680 千円（実験機材等：2,000 千円、実験用消耗品：8,000 千円、薬品・材料等：3,000千円、寒剤・ガス等：5,600 千円、その他：80 千円） ●平成 28 年度：20,420 千円（実験機材等：3,000 千円、実験用消耗品：8,000 千円、薬品・材料等：3,000千円、寒剤・ガス等：6,300 千円、その他：120 千円） ●平成 29 年度：19,310 千円（実験機材等：2,000 千円、実験用消耗品：8,000 千円、薬品・材料等：3,000千円、寒剤・ガス等：6,200 千円、その他：110 千円） ③旅費本領域の領域全体会議（年 2 回）や物理学会・応用物理学会などの国内学会へ参加して共同研究打合せ

や成果発表を行うとともに、グラフェン・2 次元電子系・強磁場などの原子層物性関連の国際会議に参加

して情報収集や成果発表を行うことは研究遂行上必要である。そのために国内旅費 280 千円/年（国内出

張 5 回分）、外国旅費 420 千円/年（海外出張 1～2 回分）を基準ベースとして、要望に応じて 7 名の構成

員に配分するよう計上している。 ●平成 27 年度：6,000 千円（国内旅費：2,310 千円、外国旅費：3,690 千円） ●平成 28 年度：6,110 千円（国内旅費：2,470 千円、外国旅費：3,640 千円） ●平成 29 年度：6,040 千円（国内旅費：2,610 千円、外国旅費：3,430 千円） ④人件費・謝金平成 27 年度に分担者の町田（東大生研）のグループに、総括班のものとは別の博士研究員 1 名を雇用

する人件費 2,000 千円を計上している。また各年度に講演の謝金などのために 70 千円を計上している。 ⑤その他主に会議参加登録費、論文掲載料、装置修理費等などのために、平成 27 年度は 290 千円、平成 28・29年度は 280 千円を計上している。

- 67 -





２５

２６

AC/DC電流源

高純度水素ガス

発生装置

デジタルマイク

ロスコープ

卓上型赤外線ラ

ンプ加熱装置

ヘリウムコール

ドトラップ

光学顕微鏡

イオンクリーナ

ー

ソースメータ

通電加熱チェン

バー

ターゲット作製

装置

顕微レーザーラ

マン分光装置

ウェル構造型高

磁場超伝導磁石

正立顕微鏡シス

テム

高分解能 2軸加

熱・印加ホルダ

超高真空 3源エ

バポレーター

ターボポンプセ

ット

ケースレー社

6221型

エアーテック社

NM-Plus-100型

キーエンス社

KH7700 型

アルバック理工

MILA5000-P-N型

ｵｯｸｽﾌﾌｫｰﾄﾞ･ｲﾝｽﾂ

ﾙﾒﾝﾂ社･H6-112

ニコン LV150N特

注仕様

EC-52000IC

ケースレー社

2614B型

SiC 加熱ｸﾞﾗﾌｪﾝ

作製用・特注

高感度スピン検

出器用・特注

堀場製作所製

XploRA-plus型

米国ｸﾗｲｵﾏｸﾞﾈﾃｨｸ

ｽ社製・15ﾃｽﾗ

オリンパス

BX51-N34MD

2 軸傾斜機構・

加熱機構・特注

アールデック社

製・1kV

70L/s

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

617,715

1,559,250

3,496,500

997,500

588,000

1,255,800

1,365,000

742,770

1,764,000

19,635,000

9,892,800

15,012,000

2,410,074

11,990,160

1,852,740

540,000

617,715

1,559,250

3,496,500

997,500

588,000

1,255,800

1,365,000

742,770

1,764,000

19,635,000

9,892,800

15,012,000

2,410,074

11,990,160

1,852,740

540,000

東京大学

東京大学

東京大学

東京大学

東京大学

広島大学

産業技術総合研究所


東北大学

東北大学

東京大学

東京大学

東京大学


東北大学

東北大学

- 68 -


年度



平成 25 年度

AC/DC電流源

高純度水素ｶﾞｽ

発生装置

ﾃﾞｼﾞﾀﾙﾏｲｸﾛｽｺｰ

ﾌﾟ

卓上型赤外線ﾗ

ﾝﾌﾟ加熱装置

ﾍﾘｳﾑｺｰﾙﾄﾞﾄﾗｯ

ﾌﾟ

光学顕微鏡

ｲｵﾝｸﾘｰﾅｰ

ｿｰｽﾒｰﾀ

通電加熱ﾁｪﾝﾊﾞ

ﾀｰｹﾞｯﾄ作製装

置

実験機材等

実験用消耗品

薬品・材料等

寒剤・ガス等

書籍

617,715

1,559,250

3,496,500

997,500

588,000

1,255,800

1,365,000

742,770

1,764,000

19,635,000

4,327,979

6,857,634

692,370

2,997,172

15,120

（国内）会議出席・研究

発表長田(9件)

遠藤(2件)

町田(10件)

山本(2件)

八木(1件)

劉(1件)

菅原(7件)

552,510

74,140

503,620

72,140

43,180

41,040

495,890

学会参加登録費

長田(1件)

町田

菅原(8件)

旅費キャンセル

費用

機器修理費用

電源増設工事費

40,000

604,124

43,300

40,500

1,035,762

46,200

（外国）会議出席・研究

発表町田(2件)

共同利用実験(米

国強磁場研究所)

長田(3件)

544,991

1,323,030

計 46,911,810 計 3,650,541 計 0 計 1,809,886

平成 26 年度

顕微ﾚｰｻﾞｰﾗﾏﾝ

分光装置

ｳｪﾙ構造型高磁

場超伝導磁石

正立顕微鏡ｼｽﾃ

ﾑ

高分解能2軸加

熱・印加ﾎﾙﾀﾞ

超高真空 3源ｴ

ﾊﾞﾎﾟﾚｰﾀｰ

ﾀｰﾎﾞﾎﾟﾝﾌﾟｾｯﾄ

実験機材等

実験用消耗品

薬品・材料等

寒剤・ガス等

書籍

9,892,800

15,012,000

2,410,074

11,990,160

1,852,740

540,000

2,328,468

6,713,321

1,052,724

1,575,916

53,751

（国内）会議出席・研究

発表長田(12件)

遠藤(1件)

山本(2件)

八木(10件)

劉(3件)

菅原(5件)

331,888

3,480

64,940

622,495

24,706

271,190

学会参加登録費

町田

山本(1件)

菅原(1件)

機器修理費用

40,500

10,000

2,500

542,878

（外国）会議出席・研究

発表山本(1件)

八木(1件)

384,330

379,060

計 53,421,954 計 2,082,089 計 0 計 595,878

- 69 -


区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

平成年度

～平成年度

／

／

研究課題名




区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

平成年度

～平成年度

／

／

研究課題名




- 70 -



研究課題名

25107004

複合原子層の界面特性理解と原子層デバイスへの応用

直接経費




平成 25年度 27,000,000

(7,400,000)

24,930,293

(7,059,578)

165,940

(239,120) 0

1,903,767

(101,302)

平成 26年度 14,700,000

(3,900,000)

12,536,691

(3,500,000)

1,231,910

(200,000) 0

931,399

(200,000)

平成 27 年度（予定） 54,100,000 45,300,000 3,150,000 0 5,650,000

平成 28年度（予定） 28,000,000 24,000,000 2,000,000 0 2,000,000

平成 29 年度（予定） 18,100,000 14,100,000 2,000,000 0 2,000,000



役割分担

直接経費（平成 26年度までの


長汐晃輔東京大学・工学系研究科・准教授原子層/絶縁膜

界面の解析 11,600,000

分担塚越一仁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・主任研究者

ナノ構造作製技術開発、電気伝導

21,100,000

分担長谷川雅考国立研究開発法人産業技術総合研

究所ナノ材料研究部門・研究グル

ープ長

原子薄膜形成と原子層電極界面の解析

10,300,000

分担上野啓司埼玉大学・理工学研究科・准教授層状物質単結晶、素子作製 10,000,000

連携渡邊賢司国立研究開発法人物質・材料研究

機構・光電子材料ユニット・主幹

研究員

絶縁原子膜の評価 0

連携山田貴壽国立研究開発法人産業技術総合研

究所ナノ材料研究部門・主任研究

員

原子薄膜形成と原子層電極界面の解析

0

合計 6 名直接経費合計 49,100,000

- 71 -

研究概要



〇「原子層科学」領域の中での応用班の位置付け

グラフェンを中心として、｢原子層が創る科学｣を探索する新しい研究領域｢原子層科学｣の創

成という広義の目的において、応用班では、各班との連携に基づき「原子層のデバイス応用」

を目指している。

〇具体的な研究目的

半導体、半金属、絶縁体等の様々な物性を有し、リジッドに層数を制御できる原子層膜を複

層化してデバイス応用展開することを目標としている。デバイス応用展開を可能とする基本

技術として、(i)原子層膜の複層化技術の確立、及び(ii) 新規原子層材料の結晶成長により新

規 2 次元材料の複層化を可能とする。さらに応用物性探索として、(iii)原子層膜間及び絶縁体

/原子層間の相互作用、及び(iv)原子層膜/金属間の相互作用の両方を理解する。これらの要素

技術は、すべてのパッシブ・アクティブデバイス応用に対して重要な共通要素である。〇現在までの研究経過と研究の評価

ポリマー材料を溶融しない複層化乾式プロセスの確立、各種遷移金属ダイカルコゲナイドの

化学蒸気輸送法によるバルク単結晶作製と成長中の極性制御、2 次元原子層膜のトランジス

タ及びインバータ動作の成功、層状チャネルへの電流注入、h-BN の電気的絶縁破壊、2 層グ

ラフェンのギャップ内準位評価等、応用物性に関して研究を先導する結果を得ている。さら

に、これらの知見を基に、グラフェンの透明電極応用として有機 ELの輝度を各段に向上させ

ており、非常に順調に成果を挙げている。

(応用班論文全 49報、内共同研究 16報、応用班主催の講演会 1件) (２) 今後の研究計画・方法等


2 年間の応用班における計画研究において、グラフェン、遷移金属カルコゲナイド等の 2 次

元層状物質のトランジスタやインバータ動作を実証してきた。また、プロセスの観点からは、

複層化技術や、新規 2 次元材料の結晶成長手法を構築してきた。これらの特徴を生かして、

複層化デバイスのさらなる応用展開を目指す。

〇原子層膜の結晶成長、元素置換、形状操作

高移動度 2 次元材料に特化した結晶成長を行う。また、結晶成長中ドーピングによるバンド

分散の制御、成長後の選択的エッチング等による形状操作等により 2 次元物質の積極的な制

御を試みる。得られた試料は、領域メンバーへ提供し共同研究を推進する。〇複層化技術の確立と複層原子層膜の特性評価

さらなる移動度の向上には、理想的な van der Waals 力のみで記述できる異種原子層間の界

面形成、つまり複層化する際の界面の清浄性の追求が重要である。複層化システムをさらに

高度化・清浄化し、原子層チャネルの潜在的に高い特性を取り出す。

〇複層原子層膜の応用展開

公募班の参加により応用展開が広がっており、透明電極応用、オールカーボン集積回路、テ

ラヘルツ検出、原子層 NEMSを中心に研究を進める。上記の研究で得た知見を他班と共有し、領域全体の進歩に貢献する。

- 72 -










①学術的背景：Si 電子デバイスにおいて短チャネル効果低減のため極薄化が進行し、原子レ

ベルでの膜厚制御の困難さ故、量子閉じ込めに起因したエネルギーギャップの空間的ばらつ

き等の問題が顕在化している[Nature 2011, 12, 554.]。エネルギーギャップ等の様々な物性を層数でリジッドに制御できる原子層膜をデバイス応用展開

することを我々は目標としている。特に、環境に敏感

な原子層膜から、理論的に予測される潜在的に高

い性能を最大限引き出し、応用展開を進めていく

ためには、面内結合が強く面外には分子間力のみ

作用する図 1 に示す様々な原子層膜の複層化が鍵

となる。 ②何をどこまで明らかにするか？：デバイス応用展開を可能とする基本技術として、(i)原子層膜

の複層化技術の確立、及び(ii) 新規原子層材料の結晶成長により新規 2 次元材料の複層化を

可能とする。さらに応用物性探索として、(iii)原子層膜間及び絶縁体/原子層間の相互作用、

及び(iv)原子層膜/金属間の相互作用の両方を理解する。これらの要素技術は、すべての応用

展開に対して重要な共通要素であり、応用班で扱う透明導電膜、FET、テラヘルツ応用、メカ

ニカル素子の実現への鍵となる。 ③研究の有機的な結合による新たな研究の創造：

図 2 に示すように、合成班からの試料提供、理論

班・物性班からの intrinsic な物性のフィード

バックを基に応用展開を進める。本新学術領域研

究では各自の技術を持ち寄り、複層化することで

新たな展開を創造していく。応用展開先として

は、様々なデバイスを考えているが、それぞれの

デバイス構造や応用上の課題として、特に、電流

注入のための金属電極との界面特性や、電界制御

のための絶縁膜との界面特性についての検討が

重要であり、各自の研究を有機的に結合させるこ

とで、短期的なブレイクスルーを狙っている。

④学術的な特色・独創的な点：3次元結晶の超格子構造による複層化ではなく、半導体 MoS2、

絶縁体 h-BN、半金属グラフェン等の 2次元層状物質の複層化により幅広い新たな展開を切り

開く点が特色である。このような複層化はカーボンナノチューブ研究においては議論されて

おらず、グラフェンの 2 次元形状に端を発した新しい概念であり、電子デバイスへの応用は

非常に独創的である。 ⑤継続研究課題と本研究課題との相違点：さきがけ(H26～H29)は、グラフェンに特化した研

究課題に取り組み、2 次元原子層膜を総合的に扱う本新学術領域とは範囲・規模が異なる。

組み合わせにより幅広い展開へ

Ener

gy /

eV0 Vacuum

Bulk Si

1.1

Graphene family

~5.9

GrapheneSilicene

h-BN

TMD family

MoTe2

1.1

2.2

1.8

SnS2

MoS2

Oxide family

Rb4W11O35TiO2

~3~3.5

J.Kang et al., IEDM Tech. Dig., 2012, 407.

図 1 原子層膜の種類とバンド構造。

Graphene h-BN ＭoS2, WSe2…

複層化

長汐，長谷川、河野大野、川山、野内

渡邉上野、塚越藤田、竹延

合成班

共通した“応用物性”“デバイス応用”

・機械的

・合成

透明導電膜：長谷川

原子層トランジスタ：長汐、塚越、上野大野、野内、竹延

理論班

物性班

新たな展開へ

原子層NEMS：米谷

テラヘルツデバイス：川山、河野(i)伝導特性

(ii) 光学特性

(iii) 機械特性

デバイス構造における絶縁膜界面/金属界面に着目して以下を検討

図 2 応用班における研究方針。

- 73 -


(i)原子層膜の複層化技術の確立：複層化デバイスの特性向上には、清浄界面形成が必須であ

り、複層化に用いるポリマー材料を溶融しない乾式プロセスの確立が重要である。2 次元材

料・基板材料の無機系と、ポリマーの有機系では、熱膨張率は 2 桁近く異なる。この特徴を

利用し、加熱冷却を駆使することで乾式転写が可能であることを見出した。 (ii)新規原子層材料の結晶成長及びデバイス応用：遷移金属ダイカルコゲナイドの単結晶を

化学蒸気輸送法により作製し、ホール効果・ラマン分光測定などを行うと共に、FET 形成と

動作特性測定を試みた。既報の遷移金属ダイカルコゲナ

イドでは、通常 n 型もしくは p 型動作のみを示すことが

多いが、合成時のハロゲンの制御により WSe2において n型及び p 型動作を制御することに成功した。また、領域

内共同研究により、両極動作する MoTe2の FET を 2 個組

み合わせた CMOS論理回路素子の形成にも成功している。[塚越・上野/若林・齋藤(理論)の共同研究 Adv. Mater. 2014. ACS nano 2014. PR-B, 2015.]

(iii)原子層膜間及び絶縁体/原子層間の相互作用：理想的な絶縁性

層状物質であると認識されている絶縁性層状物質 h-BNの絶縁破壊

挙動を調べた。コンダクティブ AFM(C-AFM)と半導体パラメータア

ナライザを組み合わせることで計測した絶縁破壊後の光学顕微鏡

写真を図 4 に示す．Layer-by-layer で破壊が進行し、最終的に花

びら状に破壊され、アームチェアもしくはジグザグ端で破壊が起

こることを示した。[長汐・渡邊の共同研究 ACS nano 2015.]

(iv)原子層膜/金属間の相互作用：微細化に伴う最重要課題であ

る MoS2 と金属電極とのコンタクト抵抗率の層数依存性を評価

した。層数の増加に伴い抵抗率は減少するが、5 層を境界とし

て、層数が増すに従って抵抗率が増加する。1~5 層では、バン

ドギャップが層数増により変化することで説明できる。一方、

5 層以上では、ゲート電界によって蓄積された伝導電荷は端子

と離れたチャネル側に寄るため、原子膜上の金属端子との距離

が離れる。このために、層数の増加に伴い端子抵抗が高くなる。

原子膜素子のパフォーマンスを最大化するためには、移動度及

び、端子抵抗の観点から最適な層数の選択が重要であり、他の

2D 系を考える上での指針となる。[塚越 ACS nano, 2014.]

要素技術の応用：原子層の透明電極応用:グラフェンを用いた有機 EL 素子応用には、グラフェ

ンの低抵抗化と仕事関数制御が重要である。ドーパント

材料として塩化金を選択することで、低抵抗化を確認し

た。また UV オゾン処理により、ホール注入層である

PEDOT:PSS の濡れ性を向上させた。以上の技術を用い

て、高分子有機 EL 素子の作製を行い、図 6 に示すよう

に 2mm×6mm での発光観察に成功した。最近では、PEN基板上にグラフェンを転写して高分子有機 EL 素子の作

製を試み、最大で 7,000 cd/m2 @15 V と輝度の格段の向

上に成功している。[長谷川 Carbon, 2015.]

図 5 端子抵抗の層数依存性。

2 mm

6 mm

Al (Cathode)

図 6 有機 EL素子の発光。

図 3 MoTe2インバータ回路及び動作。

20 μm 2μm

SiPt

AFM プローブ

VR

A

半パラ

h-BN Pt

h-BN27 nm

10-11

10-10

10-9

10-8

0 5 10 15

Cur

rent

/ A

Voltage / V

8 nm

VBD

8nm 16nm 27nm

β = 9.5

β = 14 β = 12

10 20 30 40Breakdown voltage (V)

(a)

(b)

(c) (d)

図 4絶縁破壊後の h-BN結晶。

- 74 -


② 究遂行上で生じた問題点等


い。

(1) 予想以上の進展がみられた点〇新規原子層材料の結晶成長及びデバイス展開

上野は、各種様々な遷移金属ダイカルコゲナイド原子層を作製し、塚越がFET及びインバータ

特性評価を行った。また、デバイス化だけでなく、ラマン分光では理論班の齋藤、若林と共

同で解析した。世界中で新規結晶の開拓がなされるなかでいち早く成果をあげ、世界をリー

ドしている点で評価できる。現在、領域内で原子層材料の単結晶試料提供や構造解析につい

て11件の共同研究を行っている。さらに、上野は領域内で結晶成長の講演会を開催し(2014

年8月7日@第3回領域会議：東大本郷)、幅広く育成手法を伝える取り組みを行った。

〇h-BN結晶のデバイス化及び2次元結晶成長基板への展開

渡邊は、高圧合成による高品質h-BN結晶と他の2次元材料との複合デバイス化を推進した。2

次元チャネル材料の絶縁性基板としてだけではなく、新規2次元結晶の育成基板としての有効

性も示され、物性班、応用班だけでなく合成班との共同研究が大きく進展した点で評価でき

る。現時点で、領域内の10研究グループとの共同研究の結果、論文発表は10報に達している。

通常、SiO2/Si基板上へのCVD成長による新規2次元結晶の品質はかなり低いことが知られてい

る。分子間力ゆえに相互作用の小さいh-BN基板上への成長により新規2次元結晶の結晶性向上

が実現し、デバイス特性向上の観点から非常に期待が持てる。

(2) 概ね予想通りの達成があった点〇原子層膜の複層化技術の確立

長汐、塚越、上野らから、複層化プロセスについて様々な手法が報告されている。しかしな

がら、デバイス特性向上に必要な清浄界面形成を達成する手法については、汎用性に限界が

あった。今回、様々な原子層チャネルとの密着性が高い PMMAポリマーを用いた汎用性の高い

乾式プロセスを初めて考案した点が評価できる。現在、複層化技術に関する講習会を 2015

年 8月の第 5回領域会議後に計画している。

〇原子層膜間及び絶縁体/原子層間の相互作用の理解

長汐は、2層グラフェンにおいて電流のオフが取れない問題に関して、コンダクタンス法の適

応性を議論し、ギャップ内準位を初めて定量的に計測した。他の半導体チャネルとの定量的

な比較が可能となった点で評価できる。また、h-BNと複層化することで、ギャップ内準位の

低減が期待できる。

〇原子層膜/金属間の相互作用の理解

塚越は、MoS2と金属電極とのコンタクト抵抗率の層数依存性を評価した。層数が増すに従っ

て抵抗率が増加することを、エネルギーギャップの大きさの層数依存性から説明した。電子

物性の層数依存性は、殆ど全ての2次元層状物質に対して共通点であり、本結果は他の材料系

を考える上で指針とできる点で評価できる。

〇原子層の透明電極応用

長谷川は、産業応用展開時に重要となるRoll to Rollプロセスをグラフェンに適用した際の

成膜条件を詳細に検討し、成長チャンバー内にカーボンソースを導入することなく、成長基

板等に最初から含まれる残留カーボンを用いた高品質大面積グラフェンの成膜に成功した。

通常の研究室レベルでの高温・小面積を、産業用に低温・大面積に展開した結果は応用班な

らではの結果であり、非常に評価できる。この高品質グラフェンを透明電極として応用する

ことで、すでに有機EL発光輝度の格段の向上に成功している。

- 75 -












平成２７年度以降の年次計画（公募班も含めた応用班全体像を下図に示す）〇原子層膜の結晶成長、元素置換、形状操作：

1000 cm2/Vsを超える高移動度が期待される InSe及び黒リンを中心に結晶性の向上とデバイ

ス化を展開する(埼玉大・上野)。h-BN結晶で問題となる不純物濃度が多い成長セクターを結

晶成長法の改善で低減し、デバイスへの影響を解明する(NIMS・渡邊)。単層でのみ直接遷移

型の MoS2に Re をドープすることで層間結合を弱め 2 層以上でも直接遷移型になる可能性を

検討する(東北大・藤田)。動作中グラフェン FET に対する UV照射による端選択的エッチング

の解明を進め、チャネル形状操作技術を確立する(大府大・野内)。以上のような結晶育成、

元素置換、形状操作等により得られた試料は、これまでと同様に領域メンバーへ提供し、共

同研究を推進する。

〇複層化技術の確立と複層原子層膜の特性評価：

グラフェンに代表される高移動度の原子層を FET に展開するため、電気伝導の基礎特性を調

べる(NIMS・塚越、渡邊、東大・長汐、埼玉大・上野、早稲田・竹延、名大・大野)。さらな

る移動度の向上には、複層化する際に原子層膜間に取り込まれる余分な有機物質の除去が重

要である。複層化システムをさらに高度化・清浄化する方向で研究を進める（NIMS・塚越、

東大・長汐）。結晶の高品質化及び複層化時の清浄界面形成は、最も基本的なことであるがゆ

え、進展には時間がかかることが予想されるが、最重要課題と認識している。さらに、様々

な原子層デバイスにおける界面準位密度を比較・検討し層状デバイスの界面形成に関する全

像を把握する(東大・長汐)。また、金属との接触抵抗低減の観点から、金属/層状物質の界面

の理解を進める(NIMS・塚越、埼玉大・上野、AIST・長谷川、大府大・野内)。

〇複層原子層膜の応用展開：

透明電極応用では、シート抵抗に関して

化学ドーピングによる低減を目指す

(AIST・長谷川)．さらに、完全に透明で

優れた柔軟性・伸縮性をもつオールカー

ボン集積回路へ展開する(名大・大野)。

テラヘルツ検出に関しては、高アスペク

ト比を有する蛇行型の伝導チャネル形状

を選択することで従来比 100 倍の THz 光

伝導強度が期待できるデバイス作製を目

指す(東工大・河野、阪大・川山)。原子

層 NEMSに関しては、歪と Q値の関係性、

表面状態と Q 値の関係性についての基礎

研究に基づき、原子層状構造や電子状態

を考慮した上で、エネルギー散逸メカニ

ズの解明を目指す(東大・米谷)。

上記研究結果等は、領域 Web サイト、領域ニュースレター、メディアを通して社会・国民に

発信し、広く公開する。

25 26 27 28年度

ドライ環境・機械的

ウエット環境・塗布

CVD合成

伝導特性評価散乱機構の解明 / 状態密度解

MoS2：コンタクト抵抗評価（層数依存性）金属との相互作用

29複層化技術の確立

清浄界面の形成ポリマーを用いた複層化技術

複層原子層膜の特性評価

複層原子層膜の応用展開

原子層膜の結晶育成，元素置換，形状操作

バルク結晶成長

元素置換

形状操作デバイス動作時UV照射による端選択的エッチング

MOS2へのReドーピングによる直接遷移化

1000cm2/Vsを超えるInSe及び黒リン

透明導電膜応用への低温合成技術

透明導電膜

FETテラヘルツ応用

NEMS

MoS2, MoSe2, MoTe2, WSe2, 等

散乱機構の解 / ギャップの評価

高アスペクト形状の採用による光伝導強度向上

高Ｑ値化の要因解明

伝導特性評価，コンタクト，ゲート絶縁膜堆積技術

仕事関数の最適化化学ドーピングによるシート抵抗の低減

状態密度向上による低抵抗化

- 76 -





大幅な計画変更はありません。






ります。


該当しません。

- 77 -




を引いてください。また、corresponding author には左に＊印を付けてください。 1. N. Takahashi, T. Taniguchi, K. Watanabe, and *K. Nagashio, "Atomic layer deposition of Y2O3 on h-BN for a

gate stack in graphene FETs", Nanotechnology, 26, 175708-1-6, (2015). (査読有) 2. M. Yamamoto, S. Dutta, S. Aikawa, S. Nakaharai, K. Wakabayashi, M. S. Fuhrer, K. Ueno, *K. Tsukagoshi,

"Self-limiting layer-by-layer oxidation of atomically thin WSe2", Nano Lett. 15, 2067-2073 (2015). (査読有) 3. *Y. Okigawa, R. Kato, M. Ishihara, T. Yamada, *M. Hasegawa, “Electrical properties and domain sizes of

graphene films synthesized by microwave plasma treatment under a low carbon concentration”, Carbon, 82, 60-66 (2015). (査読有)

4. Y. Hattori, T. Taniguchi, K. Watanabe and *K. Nagashio, "Layer-by-Layer Dielectric Breakdown of Hexagonal Boron Nitride", ACS nano, 9, 916-921 (2015). (査読有)

5. S.-L. Li, K. Komatsu, S. Nakaharai, Y.-F. Lin, M. Yamamoto, X. Duan, and *K. Tsukagoshi, "Thickness Scaling Effect on Interfacial Barrier and Electrical Contact to Two-Dimensional MoS2 Layers", ACS Nano, 8, 12836-12842 (2014). (査読有)

6. *K. Tsukagoshi, S. -L. Li, H. Miyazaki, A. Aparecido-Ferreira, S. Nakaharai, "Semiconducting properties of bilayer graphene modulated by electric field for next-generation atomic-film electronics", J. Phys. D: Applied Physics，47, 094003/1-17 (2014). (査読有)

7. J. L. Qi, *K. Nagashio, T. Nishimura, and A. Toriumi, "Crystal orientation relation and macroscopic surface roughness in hetero-epitaxially grown graphene on Cu/mica", Nanotechnology, 25, 185602-1-7 (2014). (査読有)

8. K. Kanayama, *K. Nagashio, T. Nishimura, A. Troiumi, "Large Fermi energy modulation in graphene transistors with high-pressure O2-annealed Y2O3 topgate insulators", Appl. Phys. Lett., 104, 083519-1-5 (2014). (査読有)

9. Y. -F. Lin, Y. Xu, S. -T. Wang, S. -L. Li, M. Yamamoto, A. Aparecido-Ferreira, W. Li, H. Sun, S. Nakaharai, W.-B. Jian, K. Ueno, and *K. Tsukagoshi, "Ambipolar MoTe2 Transistors and Their Applications in Logic Circuits, Adv. Mater., 26, 3263-3269 (2014). (査読有)

10. M. Yamamoto, S. T. Wang, M. Ni, Y. -F. Lin, S. -L. Li, S. Aikawa, W. -B. Jian, K. Ueno, K. Wakabayashi, and *K. Tsukagoshi, "Strong Enhancement of Raman Scattering from a Bulk-Inactive Vibrational Mode in Few-Layer MoTe2", ACS Nano, 8, 3895-3903 (2014). (査読有)

11. Y. -F. Lin, W. Li, S. -L. Li, Y. Xu, A. Aparecido-Ferreira, K. Komatsu, H. Sun, S. Nakaharai, and *K. Tsukagoshi, "Barrier inhomogeneities at vertically stacked graphene-based heterostructures", Nanoscale, 6, 795-799 (2014). (査読有)

12. R. Kato, K. Tsugawa, T. Yamada, M. Ishihara, *M. Hasegawa, “Improvement of Multilayer Graphene Synthesis on Copper Substrate by Microwave Plasma Process Using Helium at Low-Temperatures”, Jpn. J. Appl. Phys., 53, 015505-1-6 (2014). (査読有)

13. R. Kato, K. Tsugawa, Y. Okigawa, T. Yamada, M. Ishihara, *M. Hasegawa, “Bilayer graphene synthesis by plasma treatment of copper foils without using a carbon-containing gas”, Carbon, 77, 823-828 (2014). (査読有)

14. M. -Y. Chan, K. Komatsu, S. -L. Li, Y. Xu, P. Darmawan, H. Koramochi, S. Nakaharai, K. Watanabe, T. Taniguchi, and *K. Tsukagoshi, "Suppression of thermally activated carrier transport in atomically thin MoS2 on crystalline hexagonal Boron Nitride substrates", Nanoscale, 5, 9572-9576 (2013). (査読有)

15. W. -W. Li, S. -L. Li, K. Komatsu, A. A. Ferreira, Y. -F. Lin, Y. Xu, M. Osada, T. Sasaki, and *K. Tsukagoshi, "Realization of graphene field-effect transistor with high-κ HCa2Nb3O10nanoflake as top-gate dielectric", Appl. Phys. Lett., 103, 023113-1-5 (2013). (査読有)

16. B. Hunt, J. D. Sanchez-Yamagishi, A. F. Young, M. Yankowitz, B. J. Leroy, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Moon, M. Koshino, *P. Jarillo-Herrero, and R. C. Ashoori, "Massive Dirac Fermions and Hofstadter Butterfly in a Van Der Waals Heterostructure", Science, 340 1427-1430 (2013). (査読有)

17. H. S. Song, S. L. Li, L. Gao, Y. Xu, K. Ueno, J. Tang, Y. B. Cheng, and *K. Tsukagoshi, "High-performance top-gated monolayer SnS2 FETs and their integrated logic circuits", Nanoscale, 5, 9666-9670 (2013). (査読有)

18. R. Ifuku, *K. Nagashio, T. Nishimura, and A. Toriumi, "The density of states of graphene underneath a metal electrode and its correlation with the contact resistivity", Appl. Phys. Lett., 103, 033514-1-5 (2013). (査読有)

19. *K. Nagashio, T. Nishimura, and A. Toriumi, "Estimation of residual carrier density near the Dirac point in graphene through quantum capacitance measurement", Appl. Phys. Lett., 102, 173507-1-4 (2013). (査読有)

20. *S. Ogawa, T. Yamada, S. Ishizuka, A. Yoshigoe, M. Hasegawa, Y. Teraoka and Y. Takakuwa, "Graphene growth and carbon diffusion process into Cu(111)/Al2O3 substrates during the vacuum heating ", Jpn. J. Appl. Phys., 52, 110122-1-8 (2013). (査読有)

21. *T. Yamada, M. Hasegawa, “Nanocrystalline and microcrystalline diamond stacking structure as an insulating material deposited on large area”, Phys. Status Solidi, A 210, 1998-2001 (2013). (査読有)

22. C. R. Dean, L. Wang, P. Maher, C. Forsythe, F. Ghahari, Y. Gao, J. Katoch, M. Ishigami, P. Moon, M. Koshino, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. L. Shepard, J. Hone, and *P. Kim, Hofstadter’s butterfly and the fractal quantum Hall effect in moire superlattices", Nature, 497, 598-602 (2013). (査読有)

23. *T. Yamada, M. Ishihara, M. Hasegawa, “Low Temperature Graphene Synthesis from Poly(methyl methacrylate) Using Microwave Plasma Treatment”, Appl. Phys. Express, 6, 115102-1-3 (2013). (査読有)

24. *Y. Okigawa, K. Tsugawa, T. Yamada, M. Ishihara, *M. Hasegawa, “Electrical characterization of graphene films synthesized by low-temperature microwave plasma chemical vapor deposition”, Appl. Phys. Lett., 103, 153106-1-4 (2013). (査読有)

- 78 -




設備備品：

応用班の設備備品は、平成 27年度に重点配備予定である。これまでの結果を基に、原子層膜

の本質に由来し既存の装置で対応できないもの、また複層化に必要となる装置を中心に整備

する。

・清浄環境化での原子層膜複層化位置決め装置：クラス 1000~10000 程度のクリーンルーム

内でさらに局所的なドライガス環境をつくる。グローブボックスは、作業性が損なわれるの

で、検討外である。

・ケルビンプローブ測定が可能な走査型プローブ顕微鏡：FET 電極金属及びチャネル層、あ

るいは太陽電池構成層の仕事関数評価による接合最適化に使用する。

・h-BN 超高純度基板成長用システム：更なる原子層チャネルの移動度向上には、 h-BNの結

晶性向上が欠かせない。超高純度育成が可能なシステムを導入する。

・低寄生容量を保証した低温プローブシステム：これまで原子層チャネルの容量測定を実

施してきたが、原子層は面積が 10m2 程度に限られることが多く、測定系の寄生容量の低減

が重要である。プローブ間のケーブルの接続方法を検討し寄生容量を下げる仕組みを組み込

んだものを導入する。

・高速応答計測用ユニット：試作した原子層素子の界面状態の精密評価を電気伝導によっ

て行うため。特に界面トラップの様子を評価する。

各グループに整備されるこれらの備品は、それぞれにおいて最適化を行うが、グループ間に

おける相互利用により効率的な研究推進を実現する。消耗品費：

・真空部品：薄膜形成における既存装置の改良に必要となる。・高純度ガス：素子形成のための原料ガスであり、必要な消耗品である。・半導体基板：薄膜形成のための基板や、既存素子試作の基板として用いる。・薬品類：基板の洗浄、素子形成のためのプロセス薬品として使用する。・高純度蒸着材料：素子作製のために電極材料や絶縁膜材料として用いる。旅費：国内旅費：領域内全体及び計画班会議、物理学会、応物学会、フラーレン・ナノチューブ・

グラフェン学会等にて、積極的に研究成果を公表するために必要である。外国旅費：APS、MRS、IEDM等の国際会議等での成果発表、調査のため必要である。人件費：総括班で対応するため、予定していない。その他：・研究成果の論文発表や知財申請のために必要な経費である。・既存装置のメンテナンスや改良を専門業者と協議しながら行う必要があり、関連諸経費を

計上している。

- 79 -





２５

２６

ナノ超薄膜精密

電気伝導評価シ

ステム微小試料加工用

顕微鏡半導体パラメー

タアナライザゾーン管状炉ＤＣ電流源ホール測定用マ

トリクスカー真空蒸着装置一

式ＰＣソフトアッ

プグレード一式ラマンマイクロ

スコープ用レー

ザー機構増設オゾン原子表面

改変装置赤外線アレイ検

出器

特別仕様・仁木

工芸製

SS2B（株）マイク

ロサポート社製

ケースレーイン

スツルメンツ社

（株）ケンテック

日本測器（株）

日本測器（株）

RD-1250R

AMF5000

励起用固体レー

ザー

サムコ社製 UV-1

アンドールテク

ノロジー社

DU490A 型

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11,959,500

1,398,600

3,097,500

997,500

726,180

997,920

2,160,000

1,296,000

3,804,840

2,484,000

2,365,200

11,959,500

1,398,600

3,097,500

997,500

726,180

997,920

2,160,000

1,296,000

3,804,840

2,484,000

2,365,200

物質・材料研究機構



埼玉大学

埼玉大学

埼玉大学

東京大学

東京大学




- 80 -


年度



平成 25 年度

ナノ超薄膜精

密電気伝導評

価システム微小試料加工

用顕微鏡半導体パラメ

ータアナライ

ザゾーン管状炉ＤＣ電流源ホール測定用

マトリクスカ

ー半導体デバイ

ス・アナライ

ザーミクロトーム

刃ホルダー機

構等ロータリーオ

インプその他実験材

料

11,959,500

1,398,600

3,097,500

997,500

726,180

997,920

5,146,200

177,450

245,700

7,243,321

（国内）

会議出席、研究発

表

長谷川雅考（1）

件

上野啓司（14）件

塚越一仁（2）件

40,800

42,640

82,500

会議参加登録費

(1)件

蒸着装置修理代

ほか

イエローカーテ

ン設置作業ほか

配管取り付け作

業ほか

3,000

98,302

1,138,167

765,600

（外国）

長汐晃輔（1）件

239,120

計 31,989,871 405,060 0 2,005,069

平成 26 年度

真空蒸着装置

一式ＰＣソフトア

ップグレード

一式ラマンレーザ

ー機構増設オゾン原子表

面改変装置赤外線アレイ

検出器イオンコータ

ー、スピンコー

ター等その他実験材

料

2,160,000

1,296,000

3,804,840

2,484,000

2,365,200

1,379,565

2,547,086

（国内）


表

上野啓司

（17件）

313,940

会議参加登録費

（8）件

複合分子ポンプ

修理代ほか

189,997

941,402

（外国）


表

長汐晃輔（2）件

塚越一仁（1）件

上野啓司（2）件

545,310

304,000

268,660

計 16,036,691 1,431,910 0 1,131,399

- 81 -


区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

1 挑戦的萌芽研究日本学術振興

会代表採択

平成26年度

～平成 27年度

1,300／3,000

5

3,000／3,000

研究課題名グラフェンをベースとしたホットエレクトロントランジスタの電流利得向上



面に垂直に電流を流すタイプのホットエレクトロンデバイスの研究をしており，本研究とは異なる．


原子層科学の計画研究・物性班においては、層に垂直にトンネルさせる研究を活発にしているので、連携して

研究を進めたい。

区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

2 さきがけ科学技術振興

機構代表採択

平成26年度

～平成 29年度

26,000／40,000

25

40,000／40,000

研究課題名 2層グラフェンのギャップ内準位解析と複層化界面制御による準位低減



さきがけでは、グラフェンのギャップ内準位の低減を目指して研究を進めている。新学術では 2次元層状物質

へのゲート絶縁膜形成を中心に研究しており、グラフェン以外の新規 2次元材料まで含め幅広く研究対象とし

ている。


上記課題で取り組んでいる測定手法は複層化した原子層膜デバイスにも応用可能であることから、研究代表者

として上記研究課題に加え本研究課題を取りまとめ、横断的プロジェクトを進めることにより研究のスピード

を上げることが可能であると考えている。

- 82 -



研究課題名

25107005 原子層の電子物性、量子輸送および光物性の理論

直接経費




平成 25年度 15,266,650

(8,033,350)

9,659,181

(2,358,062)

4,666,280

(1,883,535)

0

(3,407,200)

941,189

(384,553)

平成 26年度 12,082,550

(2,217,450)

5,227,644

(817,450)

3,516,663

(1,200,000)

2,007,914

(0)

1,330,329

(200,000)

平成 27 年度（予定） 14,500,000 4,200,000 5,800,000 3,400,000 1,100,000

平成 28年度（予定） 22,800,000 9,900,000 6,200,000 5,600,000 1,100,000

平成 29 年度（予定） 14,700,000 3,200,000 7,200,000 3,200,000 1,100,000






代表越野幹人東北大学・理学研究科・准教授研究総括 5,630,000

分担齋藤理一郎東北大学・理学研究科・教授定量的理論手法による電子物性解明

5,110,000

分担斎藤晋東京工業大学・理工学研究科・教

授第一原理的手法による電子物性解明と物質設計

7,292,550

分担青木秀夫東京大学・理学系研究科・教授トポロジカル原子薄膜における超伝導・磁性

10,200,000

分担若林克法関西学院大学・理工学部・教授原子層ナノ構造における電子物性の理論研究

7,150,000

連携安藤恒也東京工業大学・理工学研究科・教

授原子層輸送理論 0

連携初貝安弘筑波大学・数理物質科学研究科・

教授ディラック電子の対称性とトポロジカル現象

0

連携島信幸兵庫県立大学・物質理学研究科・

准教授超周期原子薄膜の理論 0

合計 8 名直接経費合計 35,382,550

- 83 -

研究概要



研究目的：原子層系の１層からなる物質をテーマに、電子物性を記述する理論体系の構築と新規物性の理

論からの提案を行い、新しい固体物理分野としての確立を目指す。具体的な目標として次の項目を掲げ

る：(1)原子層膜の諸物性を網羅的に把握する基礎有効理論の確立 (2) 原子層膜における量子ナノ構造

体の物性の探究およびナノデバイス設計 (3) 原子薄膜での電子間相互作用、超伝導、強磁性の探究

(4) 第一原理的手法による電子物性解明と新物質設計

現在までの研究経過：

(1)新しい原子層新物質への展開：新しい原子層物質（窒化ホウ素、遷移金属カルコゲナイド、シリセン、

フォスフォリン等）研究が急速に進展。実験班との共同研究が展開。

(2) グラフェン、ナノカーボン系の進展：グラフェンのラマン分光、原子欠損構造と近藤効果、回転積層

グラフェンや２層ナノチューブ等の非整合系の電子物性。

(3) 原子層ナノ構造からデバイス応用への展開：グラフェンナノリボンの電界下での電子構造、グラフェ

ン量子ポイントコンタクト構造の電気伝導特性、2層グラフェンからなる電界効果トランジスタの研究

(4)新物質の設計提案：第一原理計算による炭素とホウ素複合系の研究と超伝導物質の探索。分子合成に

よるグラフェン生成の反応機構の理論化学的研究。

現在までの研究の評価：

(1)予想以上に進展がみられた点

・様々な原子層物質への展開 (Beyond graphene) 、複合原子膜の研究

(2)概ね予想通りの達成があった点

・グラフェンの光物性、輸送特性／グラフェンナノ構造体

(3)今後より一層の発展が期待される点

・電子間相互作用の物理・超伝導の探究／デバイス応用に向けた提案



今後の研究計画・方法：グラフェンに加え、窒化ホウ素（BN）や遷移金属カルコゲナイド（TMD）に加え、

シリセン、フォスフォリン（２次元黒リン）やタンタルヒ素などの新たな物質を含めた原子層全体の物性

理論研究を引き続き推進するとともに、さらにナノ構造、ナノデバイス、スピントロニクスデバイスへと

研究を展開し、原子層デバイス実現への基礎を作ることを目標とする。

電子構造、輸送特性：原子層新物質の電子構造、電気伝導特性、磁場効果、スピン伝導特性。強磁性体と

原子層膜の相互作用、原子層スピントロニクスデバイス実現の可能性の探究。

光物性：原子層物質における光物性、ラマン分光、電子格子相互作用の理論的研究。

ナノ構造：様々な原子層膜におけるナノスケール構造（エッジ状態、ナノリボン、量子ポイントコンタク

ト、量子ドット）の研究を通じて、新しいエレクトロニクスデバイスへの応用の可能性を探究する。

第一原理計算による物質設計：第一原理的手法に基づく計算科学の手法を用いて、種々の原子層物質や複

合構体の基礎物性を解明し、複合界面科学を構築し、かつ機能性デバイス設計の指針を提示する。

電子間相互作用・トポロジカル効果：多体電子系として原子層膜系をとらえ、超伝導、強磁性、近藤効果

を研究する。原子層膜系でのトポロジカル現象の物性を解明する。当初計画との変更点：研究分野の進展を踏まえ、研究項目を見直した。

(1) 新しい原子薄膜系の研究：遷移金属カルコゲナイド（TMD）、フォスフォリン（２次元黒リン）をはじ

めとする新しい原子薄膜における電子構造、量子輸送現象、光物性、ナノ構造体の電子物性の研究

(2) 原子薄膜複合系：グラフェンや新しい原子薄膜系が組み合わさることで発現する新しい物性の探索

(3) 原子層スピントロニクス：強磁性体との相互作用を通して原子層膜上での電子スピンを制御する「原

子層スピントロニクス」の可能性を探る。

(4) 理論化学からのアプローチ：原子層膜を原子分子サイズのナノスケール構造体から構成するボトムア

ップアプローチを理論化学的手法を用いて研究する。

- 84 -










研究の学術的背景：

グラフェンは炭素原子１層だけからなる物質であり、歴史上初めて実現した純粋な２次元結晶である。ま

たグラフェンに続いて酸化物、窒化物、さらにトポロジカル絶縁体など他の物質で新しい原子薄膜が作製

されつつあり、グラフェンを超え２次元原子層薄膜という新しい物理分野の誕生が期待されている。電気

伝導特性、光特性、電子間相互作用効果、また端の形状変化、化学修飾による環境の変化による影響は、

互いに複雑にからみあう不可分な現象であり、その統合的な理論を構築することは今後の基礎的、応用的

発展のために極めて重要である。何をどこまで明らかにするか？：

原子層系の１層からなる物質をテーマに、電子物性を記述する理論体系の構築と新規物性の理論からの提

案を行い、新しい固体物理分野としての確立を目指す。具体的な目標は以下のとおりである。

(1) 原子層膜の基礎有効理論：電子状態、光吸収スペクトル、電気伝導特性、電子格子相互作用に関係す

る原子層膜の諸物性を網羅的に把握する。

(2) 原子層膜における量子ナノ構造：グラフェンの微小構造体や別の系の接合系における新たな物性の探

究を通じて、新しい機能の創生や応用の可能性を探究する。

(3) 電子間相互作用とトポロジカル多体状態：超伝導、強磁性も視野に入れ、多体電子系としてグラフェ

ンをとらえ、新たな物性・物質相を探る。

(4) 第一原理的手法による電子物性解明と新物質設計：構造修飾されたグラフェン、新しい原子薄膜の電

子状態、未知の原子薄膜の存在可能性を第一原理的手法で探索する。


原子薄膜系は、3 次元固体を扱う従来の固体物理学に属さない新しい物性物理学の領域である。グラフェ

ンをはじめとして酸化物、窒化物、ビスマス系といった多様な物質系を舞台として、輸送特性、光物性、

磁性、超伝導という非常に多岐にわたる現象を対象にする。この学術領域は、「原子１層からなる物質の

物理」という切り口であらゆる物性物理学の分野を横断する横割り型の分野であることが大きな特色であ

る。2 次元薄膜系という普遍的な学問体系に発展させることが究極的な目標であり、それには構造安定性、

電気伝導特性、光特性、電子間相互作用効果を含む、物性理論の多岐にわたる高度な知識の融合が不可欠

である。

- 85 -


現在までの研究の進展状況

グラフェンから新しい原子層新物質への展開

グラフェンは母体となるグラファイトの１層だけ取り出した物質であるが、同様に様々な積層物質から原

子膜を作製することが可能である。近年新しい原子層物質（窒化ホウ素、遷移金属カルコゲナイド、シリ

セン、フォスフォリン等）の研究が世界的に盛んになっている。本計画研究においてもこれらを対象とし

た研究が急速に発展しており、領域内外との実験研究との共同研究も活発に行われている。遷移金属カル

コゲナイド系においては、MoTe2のラマン分光で、今まで同定できていなかったスペクトルを二重共鳴ラ

マン分光の理論を用いて同定することに成功した（齋藤理；応用班塚越、上野との共同研究）。また MoTe2,

MoSe2, WSe2における原子層界面においては、電子の屈折方向がスピンに大きく依存するスピン依存伝導現

象が見出され、スピントロニクスへ応用の可能性が示された（羽部・越野）。またシリコンの原子層膜で

あるシリセンのバンド構造についての詳しい計算がなされ、トポロジカルな観点からの新しい解釈が示さ

れている（初貝、青木）。窒化ホウ素についてはナノチューブの第一原理による電子構造解析（斎藤晋）

がなされ、チューブの螺旋度に依存してバンドギャップが系統的に変化することが判明し、応用上も重要

な電子構造のバリエーションを持つ系であることが明らかとなった。一方異なる原子層から構成される複

合原子膜の研究も発展しており、代表的な窒化ホウ素とグラフェンの複合薄膜についての詳しい電子構造

が明らかにされた（越野）。またこの系では実験との共同研究によって磁場中のスペクトル構造がフラク

タル構造を持つことが証明された（越野；コロンビア大学、MITとの共同）。これは磁場と周期構造の競合

により生ずる Hofstadter butterfly という現象であり、1970年代の理論提案以来、世界で初めて実験に

よって確かめられた。

グラフェン、ナノカーボン系の進展

すでに多くの知識の集積があるグラフェン系においてもいくつかの重要な発見がなされた。グラフェンの

ラマン分光においては、Gバンドと呼ばれるスペクトルで観測される非対称性の原因が1970年代からわか

っていなかったが、定量的な計算でその原因となるプロセスが特定され、実験結果をほぼ正確に再現する

ことに成功した（齋藤理、MIT、西江大学の共同研究）。またグラフェン上で極めて普遍的に見られる水

素化原子欠損構造について、その電子状態と近藤効果が第一原理計算によって詳細に計算され、走査トン

ネル顕微鏡観察の実験が解釈された（草部、合成班高井との共同）。回転積層グラフェンや２層ナノチュ

ーブといった格子構造が整合しない系での層の間の相互作用を調べる一般論が開発された。（越野、韓国

高等科学院との共同研究）これは複合原子膜を始めとする異種物質間の界面を記述する上で極めて強力な

手法となる。

原子層ナノ構造からデバイス応用への展開

原子層物質の究極の薄さを活かした次世代デバイスを実現するには、その構成部品となるナノスケールで

の電子特性を明らかにすることが重要である。本研究においてはグラフェンを中心として、様々な原子層

ナノ構造に関する進展があった。帯状グラフェンであるグラフェンナノリボンの電界下での電子構造が第

一原理計算によって調べられ、Nearly Free Electron 状態と呼ばれる自由電子に近い状態が系の電気的

性質に極めて重要な役割を示すことが明らかにされた（岡田）。また2枚の半無限グラフェンシートを接続

する量子ポイントコンタクト構造においては、準束縛状態が形成される条件および電気伝導特性が明らか

になった（若林）。また電界効果トランジスタへの応用に向けた基礎研究として、2層グラフェンの有する

電気容量が第一原理計算によって計算され、デバイス構成時に系にかかる電界強度が有限要素法により

見積もられた（安藤康、応用班長汐の共同）。

新物質の設計提案

第一原理計算的手法を用いて未知の原子層物質が探索された。炭素およびホウ素からなる原子層物質系

にリチウムを層間に挿入することにより、電子格子相互作用に起因する超伝導が発現すると期待される

系の設計研究を行った（斎藤晋、UC Berkeleyとの共同）またアセペンタレンと呼ばれる分子構造を蜂の

巣格子状に並べた新しい２次元炭素結晶の構造安定性が調べられ、強磁性的な秩序を有する興味深い原子

膜となることが示されている（岡田）。また化学からのアプローチとして、ナノグラフェンのモデルであ

る「開殻性を持つジラジカル中間体」の構造安定性と光学応答特性が調べられ、ボトムアップ式化学合成

におけるグラフェン生成の反応機構解明においての知見が得られた（岸）。

- 86 -




い。

(1)予想以上に進展がみられた点

・様々な原子層物質への展開 (Beyond graphene)

本研究計画が策定された 2012 年はグラフェン以外の様々な原子層物質が注目を浴び始めた最初期であっ

た。その後新しい物質や現象が次々に見つかるにつれ、本計画研究も当初予想していなかったスピードで

広がりを見せた。グラフェンを越え、より広い「原子薄膜」を新たな研究分野として確立するという当初

の目的は、現時点で予想以上に達成していると評価できる。特に遷移金属カルコゲナイド系は、電子のス

ピンが重要な役割を持つ新しい原子薄膜であり、その光物性（ラマン分光）やスピン依存輸送現象の理論

を早い段階で発表できた意義は大きい。またこの物質に関しては実験班に優れたサンプル供給と物性測定

の体制があり（上野、北浦、塚越）、新学術領域の中から数々の共同研究が始まっている。

・複合原子膜の研究

新たに実現された様々な原子層物質を組み合わせた複合材料の理論研究も大きな進展を遂げた。中でも窒

化ホウ素＋グラフェン複合系におけるフラクタルスペクトルの発見は最も重要なものの一つである。任意

の原子層膜を組み合わせた系での層間相互作用を取り扱う理論も構築され、様々な複合原子薄膜への応用

の端緒が付けられた。現在では合成班との共同により、具体的な原子膜 2層系、また原子膜と 3次元物質

の接合系における物性探究が計画されている。

(2)概ね予想通りの達成があった点

・グラフェンの光物性、輸送特性

当初より計画されていたグラフェンの基礎物性に関しては、概ね予想通りの研究の進展があった。具体的

には、グラフェンの非接触非破壊の試料評価として最も重要であるラマン分光の研究が詳細に進められ、

グラフェンにおける電子状態と電子間相互作用が明らかになった。積層グラフェンにおける電気伝導、量

子ホール効果などが成果を上げた。

・グラフェンナノ構造体

グラフェンの微細構造体であるナノグラフェンでは、リボンや量子ポイントコンタクト、半無限グラフェ

ン接合など様々な具体的な構造の詳細な研究が進められ、その電子構造と幾何学的構造の関係、さらには

電子輸送特性が明らかにされている。これはナノ構造を用いた電子デバイス設計の基礎となる重要なステ

ップである。またグラフェン上に多く見られる原子欠損構造について、その電子状態と近藤効果が詳しく

調べられた。

(3)今後より一層の発展が期待される点

・電子間相互作用の物理・超伝導の探究

原子層膜における電子間相互作用の物理、とりわけ原子層膜上での超伝導の可能性の探究は今後の大きな

課題の一つである。これらの研究には対象物質の広範な探索かつ電子構造の正しい把握と適切なモデル化

が必要であり、ハードルの高い問題である。すでに斎藤らにより炭素ホウ素原子層膜＋リチウム層間化合

物での超伝導の可能性が示されているが、同様な方向での第一原理計算の手法を用いたより広範囲にわた

る物質探索が期待される。また同時に原子薄膜上での多体効果を効率的に扱う理論手法の開発が求められ

る。

・デバイス応用に向けた提案

現在までの研究成果は各物質の基礎的な物性の理論探究が中心だが、応用に向けた取り組みは今後の課題

である。グラフェン量子ドットやナノリボンの基本物性の知識を応用して、それらを基本ブロックとした

機能性ナノ構造体の提案が求められる。またスピン軌道相互作用が非常に強い遷移金属カルコゲナイド原

子薄膜の研究が進み、ナノ構造体を用いてスピンを制御することが提案されており、この性質を積極的に

用いたスピントロニクスデバイスの可能性が大いに期待される。

- 87 -












窒化ホウ素（BN）や遷移金属カルコゲナイド（TMD）に加え、フォスフォリン（２次元黒リン）やタンタ

ルヒ素など、計画研究立ち上げ時には知られていなかった新たな原子層膜も次々に発見されており、その

研究分野は物性物理学全体の重要な一角を占めるまでとなった。平成２７年度以降はグラフェン、それら

新物質を含めた原子層全体の物性理論研究を引き続き推進するとともに、さらにナノ構造、ナノデバイス、

スピントロニクスデバイスへと研究を展開し、原子層デバイス実現への基礎を作ることを目標とする。研

究成果は、領域 Web サイト(http://flex.phys.tohoku.ac.jp/gensisou/index.html)、並びにマスメディ

アを通して、得られた成果を社会・国民に発信してゆく。具体的な研究目標は以下の通りである。

電子構造、輸送特性：越野幹人（研究代表）、安藤恒也（連携）、野村健太郎（公募）：原子層新物質（遷

移金属カルコゲナイド、フォスフォリン、複合原子膜）の電子構造、電気伝導特性、磁場効果、スピン伝

導特性。強磁性体と原子層膜の相互作用、原子層スピントロニクスデバイス実現の可能性の探究。

光物性：齋藤理一郎（分担）原子層物質における光物性、ラマン分光、電子格子相互作用の理論的研究。

光と輸送を組み合わせた系や近接場効果の解析に必要な計算手法の開発。

ナノ構造：若林克法（分担）、安藤康伸（公募）、中西毅（公募）、宮本良之（連携）、岸亮平（公募）

様々な原子層膜におけるナノスケール構造（エッジ状態、ナノリボン、量子ポイントコンタクト、量子ド

ット）の電子物性の探究を通じて、新しいエレクトロニクスデバイスへの応用の可能性を探究する。原子

分子サイズのナノスケール構造体から原子層膜を構成する「ボトムアップアプローチ」を理論化学的手法

を用いて研究する。

第一原理計算による物質設計：斎藤晋（分担）、岡田晋（公募）

第一原理的手法に基づく計算科学の手法を用いて、種々の原子層物質や複合構体の基礎物性を解明し、原

子層の関わる複合界面科学を構築するとともに、機能性デバイス設計の指針を提示する。

電子間相互作用・トポロジカル効果：青木秀夫（分担）、初貝安弘（連携）、島信幸（連携）、草部浩一

（公募）多体電子系として原子層膜系をとらえ、超伝導、強磁性、近藤効果など電子間相互作用が重要と

なる諸物性を研究する。原子層膜系でのトポロジカル現象の物性を解明する。

- 88 -





前回の研究計画作成時にはまだ見つかっていなかった原子層物質があらたに加わったこと、また既存の原

子膜物質の研究にもここ２年間で大きな進展があったことを考慮して、研究項目を見直した。また公募研

究によって新たな分野の研究者が参入したことより、その連携を意図し新たな項目を加えた。具体的には

以下の通りである。

(1) 新しい原子薄膜系（beyond graphene）の研究：遷移金属カルコゲナイド（TMD）、フォスフォリン（２

次元黒リン）をはじめとする新しい原子薄膜における電子構造、量子輸送現象、光物性、ナノ構造体

の電子物性の研究により重点をおく。

(2) 原子薄膜複合系：グラフェンや新しい原子薄膜系が組み合わさることで新しい物性の発現が期待され

ている。本計画研究ではそれら複合系の電子物性の研究をすすめ、新しい機能を持つ物質の提案を目

指す。

(3) 原子層スピントロニクス：強磁性体との相互作用を通して原子層膜上での電子スピンを制御する「原

子層スピントロニクス」の可能性を探る。強磁性体と原子層膜の複合系の上でのスピン依存電子物性、

輸送特性、スピン流特性を明らかにし、電子のスピンを制御する方法を確立する。

(4) 理論化学からのボトムアップアプローチ：原子層膜を原子分子サイズのナノスケール構造体から構成

するボトムアップアプローチを理論化学的手法で研究する。種々の化学修飾の方法によるナノグラフ

ェンや多環式芳香族炭化水素の反応生成機構を解明し、新しい電子特性、光特性を探る。






ります。


該当はありません。

- 89 -




を引いてください。また、corresponding author には左に＊印を付けてください。主要論文(2013-2015.5)

1. *T. Habe and M. Koshino , "Spin-dependent refraction at the atomic step of transition-metal dichalcogenides", Phys. Rev. B, 91, 201407-1-5(R) (2015). (査読有)

2. M. Yamamoto, S. Dutta, S. Aikawa, S. Nakaharai, K. Wakabayashi, M. Fuhrer, K. Ueno, *K. Tsukagoshi, "Self-Limiting Layer-by-Layer Oxidation of Atomically Thin WSe2", Nano Letters, 15, 2067-2073 (2015).（査

読有） 3. A. L. Grushina, D. K. Ki, M. Koshino, A. A. L. Nicolet, C. Faugeras, E. Mccann, M. Potemski and A. F.

Morpurgo, "Insulating state in tetra layers reveals an even-odd interaction effect in multilayer graphene" Nature Communications 6, 6419-1-7 (2015)

4. *Y. Fujimoto, S. Saito, "Electronic structures and stabilities of bilayer graphene doped with boron and nitrogen", Surface Science, 634 57-61 (2015). （査読有）

5. *H. Guo, T. Yang, M. Yamamoto, L. Zhou, R. Ishikawa, K. Ueno, K. Tsukagoshi, Z.Zhang, M.S. Dresselhaus, R. Saito, "Double resonance Raman modes in monolayer and few-layer MoTe2" Phys. Rev. B, 91, 205415-1-8 (2015). (査読有)

6. *Y. Sakai, S. Saito, and M.L. Cohen, "Electronic properties of B-C-N ternary kagome lattices", Phys. Rev. B, 91, 165434-1-6 (2015). （査読有）

7. *M. Koshino, P. Moon, Y.-W. Son, Incommensurate double-walled carbon nanotubes as one-dimensional moiré crystals, Phys. Rev. B 91, 035405-1-13 (2015). (査読有)

8. *E. H. Hasdeo, A. R. T. Nugraha, M. S. Dresselhaus, R. Saito, "Breit-Wigner-Fano line shapes in Raman spectra of graphene", Phys. Rev. B 90 245140-1-8 (2014). （査読有）

9. *J. F. Rodriguez-Nieva, E. B. Barros, R. Saito, and M. S. Dresselhaus, "Disorder-induced double resonant Raman process in graphene", Phys. Rev. B 90, 235410-1-9, (2014). （査読有）

10. *Y. Hatsugai and H. Aoki, " Polarization as a topological quantum number in graphene", Phys. Rev. B 90, 045206-1-6 (2014). （査読有）

11. *Y. Sakai, S. Saito, and M.L. Cohen, "Lattice matching and electronic structure of finite-layer graphene/h-BN thin films", Phys. Rev. B 89 115424-1-6 (2014).（査読有）

12. *H.-Y. Deng, K. Wakabayashi, C.-H.Lam, "Formation Mechanism of Bound States in Graphene Point Contacts", Phys. Rev. B 89, 045423-1-9 (2014).（査読有）

13. *K. Hosono, K. Wakabayashi, Theory of Carrier Transport in Graphene Double-Layer Structure with Carrier Imbalance, Jpn. J. Appl. Phys. 53, 06JD07 (2014). （査読有）

14. *M. Ni, K. Wakabayashi, Stacking sequence dependence of electronic properties in double-layer graphene heterostructures, Jpn. J. Appl. Phys. 53, 06JD03-1-4 (2014). （査読有）

15. *S. Dutta, K. Wakabayashi, "Spin and charge excitations in zigzag honeycomb nanoribbons: Effect of many body correlation", Jpn. J. Appl. Phys. 53, 06JD01-1-4 (2014). （査読有）

16. B. Hunt, J. D. Sanchez-Yamagishi, A. F. Young, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Moon, M. Koshino, *P. Jarillo-Herrero, R. C. Ashoori, "Massive Dirac fermions and Hofstadter butterfly in a van der Waals heterostructure", Science 340, 1427-1430 (2013). (査読有)

17. C. R. Dean, L. Wang, P. Maher, C. Forsythe, F. Ghahari, Y. Gao, J. Katoch, M. Ishigami, P. Moon, M. Koshino, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. L. Shepard, J. Hone, and *P. Kim, "Hofstadter's butterfly in moire superlattices: A fractal quantum Hall effect", Nature 497, 598-602 (2013). (査読有)

18. *Y. Sakai, G. D. Nguyen, R. B. Capaz, S. Coh, I. V. Pechenezhskiy, X. Hong, F. Wang, M. F. Crommie, S. Saito, S. G. Louie, and M. L. Cohen, "Intermolecular interactions and substrate effects for an adamantane monolayer on a Au(111) surface", Phys. Rev. B 88, 235407-1-9 (2013).（査読有）

19. *Y. Hamamoto, T. Kawarabayashi, H. Aoki and Y. Hatsugai, "Spin-resoloved chiral condensate as a spin-unpolarized ν=0 quantum Hall state in graphene", Phys. Rev. B 88, 195141-1-6 (2013).（査読有）

20. *C. Qiu, X. Shen, B. Cao, C. Cong, R. Saito, J. Yu, M. S. Dresselhaus, T. Yu, "Strong magnetophonon resonance induced triple G-mode splitting in graphene on graphite probed by micromagneto Raman spectroscopy", Phys. Rev. B 88, 165407-1-12, (2013). （査読有）

21. *P. A. Maksym and H. Aoki, "Magnetic field controlled vacuum charge in graphene quantum dots with a mass gap", Phys. Rev. B 88, 081406(R)-1-5 (2013). （査読有）

22. *D. Yoon, D. Jeong, H. J. Lee, R. Saito, Y. W. Son, H. Y. Lee, H. Fano resonance in Raman scattering of graphene, Carbon 61, 373-378, (2013). （査読有）

- 90 -




設備備品：高性能計算機による効率的な数値計算は理論研究を推進するために必要不可欠な原動力

となる。研究代表者と分担者が既に保有している計算機設備を最大限に活用する一方、研究期間内に

更新時期を迎えるものから順に本研究経費を用いて更新を行う予定である。4 年目である平成 28 年

度を重点年度とし、各研究機関の計算機設備の一部を更新する。最終年度には期間全体の理論班研究

成果の保存、共有とウェブ公開用としてミラーリング機能を有するファイルサーバを東北大学に整備

する。

平成 28 年度：620万円 [内訳：数値計算機システム（基準性能 Xeon 16 Core,メモリ 128GB, HDD 2TB

ほか）計５台（東北大学、東工大、関西学院大学、東京大学）]

平成 29 年度：120万円 [内訳：ファイルサーバ（基準性能 Xeon 8 Core,メモリ 128GB, HDD 72TB、

80 万円）１台（東北大学）]

消耗品：学会、研究会での発表を主な目的とした移動可能なノート PC と、また計算データを解析す

るためのデスクトップ PC を更新時期のきたものより適宜更新する。また計算機クラスタを円滑に運

用するためのネットワーク機器（ハブ、ルーター、ケーブル）、とコンピュータ周辺機器（ハードデ

ィスクドライブ、メモリ、光学ドライブ、プリンタ）を購入する。また数値計算データ処理に必要な

商用ソフトウェア(Mathematica, Matlab)、論文執筆・研究発表に必要なソフトウェア(Microsoft

Office, Adobe Illustrator, Adobe Acrobat)を購入する。

平成 27 年度：420 万円[内訳：PC（12.5 万円×８台）、コンピュータ周辺機器(20 万円×８名)、コン

ピュータソフトウェアほか(20万円×８名)]

平成 28 年度： 370 万円[内訳：PC（12.5 万円×４台）、コンピュータ周辺機器(20 万円×８名)、コ

ンピュータソフトウェアほか(20万円×８名)]

平成 29 年度： 200 万円[内訳：コンピュータ周辺機器(15 万円×８名)、コンピュータソフトウェア

ほか(10万円×８名)]

旅費：原子薄膜の物理に関連する国内・国際会議において情報収集と成果発表を行うための旅費を

計上する。また計画研究グループ内の打ち合わせや計画研究間（実験グループ）との研究打ち合わせ

のために国内旅費が必要となる。さらに本計画研究へフィードバックを強化するため、海外の共同研

究グループ（コロンビア大、MIT, ブラジル、シンガポール、韓国 KIASほか）への訪問する費用を計

上する。

平成 27 年度：580 万円[内訳：国際旅費 30万円×延べ 12件、国内旅費 10万円×延べ 22 件]



人件費：産総研（分担者：若林）においてポスドクを 1 名、2 年間雇用（440 万円／年）し、人的パ

ワーを増強する（この雇用は理論班のもので総括班のものとは異なる）。さらに、外国人研究者を招

聘した際に見込まれる、滞在費の費用を計上する。

平成 27 年度：340万円[内訳：人件費（ポスドク１名×６ヶ月＝220 万円）、招聘、謝金 120 万]



その他：主に会議の参加登録費、計算機使用料を計上する。



平成 29 年度：110万円

- 91 -





２５

２６

計算機

数値計算サーバ

計算機

数値解析用計算

機システム


コンピュータ


データ処理用計

算機


ASUSTek Z9PA-DS

POWER MASTER

Server S9603

Xeon

E5-2670×2

HPC 5000-XI

216R2S-SIP

HPC5000-XI216TS

-Silent-SIP(3.4

M20-8/2-64G-CLV

)

MYSPEC_Z10P-E58

0M168H2T

Intel Xeon

E5-266-v3 LGA20

MYSPEC_Z10P-E58

0M168H2T

Apple Mac Pro

Xeon E5

HPC5000-XH224R2

P-SIP

１

１

１

１

１

１

１

１

２

560,583

945,945

4,998,000

1,713,600

851,022

733,196

851,022

802,440

999,000

560,583

945,945

4,998,000

1,713,600

851,022

733,196

851,022

802,440

1,998,000

東北大学

東京工業大学

東京大学


東北大学

東北大学

東北大学


東京大学

- 92 -


年度



平成 25 年度

計算機数値計算サーバ計算機

数値解析用計

算機システム

数値計算サー

バ

コンピュータ

パソコン

（６台)

書籍

コンピュータ

周辺機器

ほか

560,583

945,945 4,998,000

1,713,600

851,022

733,196

1,261,443

8,343

945,111


席、研究発表越野幹人(7件)

齋藤理一郎(11

件)

斎藤晋(7 件)

青木秀夫(4件)

若林克法(1件)

409,730

579,250

514,026

96,500

60,040

博士研究員（ポ

スドク相当 1

名、6 ヶ月）

研究支援員（1

名、4ヶ月）

謝金

2,187,004

1,012,996

207,200

会議参加登録

費(38 件)

計算機使用料

論文掲載料

968,590

173,633

183,519



齋藤理一郎(5

件)

斎藤晋(4 件)

青木秀夫(3件)

若林克法(1件)

991,090

930,135

1,280,920

1,351,314

336,810

計 12,017,243 6,549,815 3,407,200 1,325,742

平成 26 年度


データ処理用

計算機

数値計算サー

バ

パソコン

（4台）

コンピュータ

周辺機器

ほか

851,022

802,440

1,998,000

808,846

767,336



齋藤理一郎(9

件)

斎藤晋(2 件)

青木秀夫(3件)

若林克法(1件)

41,320

538,320

87,012

213,640

91,140

博士研究員（ポ

スドク相当 1

名、2 ヶ月）

研究支援員（1

名、5ヶ月）

謝金

729,190

1,221,892

56,832

会議参加登録

費(20 件)

計算プログラ

ム改良費

336,729

993,600



齋藤理一郎(2

件)

斎藤晋(1 件)

青木秀夫(1件)

若林克法(1件)

649,171

544,735

208,940

975,985

166,400

計 5,227,644 3,516,663 2,007,914 1,330,329

- 93 -


区

分



制度担当

府省等役割

応募

採択

状況

研究期間

（年度）




エフォート

（％）

平成年度

～平成年度

／

／

研究課題名




区

分



制度担当

府省等役割

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平成27年度科学研究費補助金「新学術領域研究 （...

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平成27年度科学研究費補助金「新学術領域研究（...