研究者プロフィール
多元計測スマートラボ Multimodal measurement Smart lab
下起 敬史 SHITAOKOSHI Takashi 助教
- 研究テーマ
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イオンインターカレーションを用いたファンデルワールス層状物質の物性制御
- 研究キーワード
- ファンデルワールス層状物質、イオンインターカレーション、電子物性、輸送特性
- 研究概要
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"充電"で制御する電子物性
私たちの身の回りにあるリチウムイオンバッテリーは、リチウムイオンを含む電解液と、それを蓄える層状物質から構成されています。電圧を印加すると、電解液中のリチウムイオンが層状物質の層間へと挿入されるイオンインターカレーションと呼ばれる現象が生じます。イオンインターカレーションによって層間にイオンが導入されると、それに伴って電子が引き寄せられ、層状物質は「充電された」状態になります。
ここで電池全体の動作ではなく、充電された層状物質そのものに着目すると、層状物質は通常よりも電子密度の高い状態にあることがわかります。これは半導体工学における電子ドーピングと本質的に同等であり、層状物質として半導体を選んだ場合には、充電の度合いを制御することで、半導体を金属状態へ、さらには超伝導状態へと変化させることも可能です。
私は、層間がファンデルワールス力によって弱く結合した HfNCl などの半導体層状物質を対象とし、バッテリー技術を応用した電気化学的手法によってイオンインターカレーションを行い、充電量の違いに伴う輸送特性や電子状態の変化を調べています。さらに、合成段階からすでに原子が層間に導入されているセルフインターカレーション系結晶についても実験を行い、電気化学操作によるイオンインターカレーションとの比較を通じて、物性発現の共通点と相違点を明らかにすることを目指しています。
- メッセージ
- 私は、バッテリー技術を物性物理に応用することで、二次元物質における新たな電子状態の開拓を目指しています。層状物質におけるイオンと電子の密度を精密に制御することで、これまでにない機能性物質の創出や、基礎物性のより深い理解が可能になると考えています。
二次元物質、電気化学、輸送現象に興味を持つ学生・研究者の方々との議論や共同研究を歓迎します。
