Research 02
Development of
Innovative Nanodevices
革新的ナノデバイス・ナノトライボシステムの開発
- ナノエレクトロニクス
- 固体高分子型燃料電池
- バイオセンシングデバイス
- ナノ表面設計
- ナノトライボロジー
研究概要
outline
次世代ナノデバイス開発への挑戦と可能性
ナノ材料によって生み出された究極の表面改質技術を基盤とし、次世代ナノデバイスの開発に挑戦します。特に、ファンデルワールスヘテロ構造の特性を自在に調整することで、従来のデバイス設計を超えた新機能を実現することを目指します。層間のファンデルワールス力を活用しつつ、積層角度や界面制御によって電子輸送特性や光応答特性を最適化し、これまでにないデバイス性能を引き出します。これらの研究を通じて、ナノスケールでのエネルギー制御や情報処理を可能にする次世代半導体デバイス、超低消費電力トランジスタ、高感度センサー、量子デバイスなどへの応用を推進し、ナノテクノロジーの新たなパラダイムを切り拓きます。
Point
Applications of
van der Waals
Heterostructure (vdWH)
ファンデルワールスヘテロ構造の応用
異次元のナノ材料を自由自在に組み合わせたファンデルワールスヘテロ構造を応用することで、革新的ナノデバイスとナノトライボシステムを開発します。
研究紹介
Research
Development of Innovative Nanodevices and
Nanotribological Systems
革新的ナノデバイス・ナノトライボシステムの開発
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(01)
Ultra-high-speed transistor
2次元材料を組み合わせて創る超高速トランジスタ
グラフェンとhBNのvdWH構造を利用することで、従来のシリコンタイプのFETに比べ約1000倍の電子移動度を持つ超高速・高性能トランジスタの開発を目指します。
- About the Figure
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Referenced from ACS Nano 2014, 8, 6, 6259-6264
Tania Roy, Mahmut Tosun, Jeong Seuk Kang, Angada B. Sachid, Sujay B. Desai, Mark Hettick, Chenming C. Hu, Ali Javey
"Field-Effect Transistors Built from All Two-Dimensional Material Components"
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(02)
Proton exchange membrane
hBNナノシートを用いたプロトン交換膜の開発と燃料電池効率の向上
燃料電池は脱炭素社会を達成するエネルギー戦略において重要なキーデバイスと位置付けられています。高いプロトン伝導性とガスバリア性、熱安定、化学的安定性を有するhBNナノシートは固体高分子型燃料電池のプロトン交換膜として最適であり、燃料電池の効率を飛躍的に向上させる可能性を有しています。
- About the Figure
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Referenced from ACS Nano 2018, 12, 11, 10764-10771
Seong In Yoon, Dong-Jun Seo, Gwangwoo Kim, Minsu Kim, Chi-Young Jung, Young-Gi Yoon, Sang Hoon Joo, Tae-Young Kim and Hyeon Suk Shin
"Nanopores in Graphene and Other 2D Materials: A Decade's Journey toward Sequencing"
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(03)
Nanopore technology
ナノポア技術による単一分子シーケンシングの革新
ナノポアシーケンシング（Nanopore Sequencing）は、DNAや他の生体分子をナノスケールの孔（ポア）を通過させ、その過程で生じる電流変化を解析することで塩基配列を決定する分子生物学的な技術です。本研究ではナノ表面にポアを形成し応用することで、単一分子シーケンシング、高速リアルタイムデータ取得を可能にし、ゲノム研究や診断技術など分子生物学や医学へ革命をもたらします。
- About the Figure
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Referenced from ACS Nano 2021, 15, 12, 18848-18864
Hu Qiu, Wanqi Zhou and Wanlin Guo "Nanopores in Graphene and Other 2D Materials: A Decade's Journey toward Sequencing"
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(04)
Highly sensitive biosensing device
ファンデルワールスヘテロ構造を基盤とした高感度バイオセンシングデバイス
グラフェンをはじめとするファンデルワールスヘテロ構造（vdWH）は、優れた電子・光学特性と高感度な分子検出能力を持ち、バイオセンシングデバイスへの応用が期待されています。ナノスケールでの表面制御により、生体分子との相互作用を最適化し、超高感度な検出が実現されます。
- About the Figure
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Referenced from ACS Nano 2020, 14, 4, 5135-5142
Giwan Seo, Geonhee Lee, Mi Jeong Kim, Seung-Hwa Baek, Minsuk Choi, Keun Bon Ku, Chang-Seop Lee, Sangmi Jun, Daeui Park, Hong Gi Kim, Seong-Jun Kim, Jeong-O Lee, Bum Tae Kim, Edmond Changkyun Park and Seung || Kim
"Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor"
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(05)
Controlled functional surface
原子レベルで制御された機能性表面とその応用
ファンデルワールスヘテロ構造（vdWH）を活用した表面改質技術により、原子レベルで平坦かつ精密に制御された機能性表面の創成が可能になります。高速電子移動度、ワイドギャップ性、耐コロージョン性、超伝導性、超潤滑性を併せ持つ究極の表面を実現し、次世代ナノデバイスや高耐久材料の開発を加速していきます。
- About the 1st & 2nd Figure
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Referenced from Nature 2018, 556, 43-50
Yuan Cao, Valla Fatemi, Shiang Fang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Efthimios Kaxiras and Pablo Jarillo-Herrero
"Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices"
- About the 3rd & 4th Figure
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Referenced from Nature materials 2021, 21, 47-53
Mengzhou Liao, Paolo Nicolini, Luojun Du, Jiahao Yuan, Shuopei Wang, Hua Yu, Jian Tang, Peng Cheng, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Lin
Gu, Victor E. P. Claerbout, Andrea Silva, Denis Kramer, Tomas Polcar, Rong Yang, Dongxia Shi & Guangyu Zhang
"Ultra-low friction and edge-pinning effect in large-lattice-mismatch van der Waals heterostructures"
