学術的背景 立方晶窒化ホウ素（C-BN）は、超広帯域半導体材料であり、極めて高い熱伝導率、低い誘電率、および高い絶縁破壊電界を有しているため、高温・高電力電子デバイスにおいて広範な応用が期待されています。しかし、C-BNの合成は依然として多くの課題に直面しており、特に大面積基板上での高品質な単結晶C-BN薄膜の成長は困難です。ダイヤモンドは、C-BNとの格子不整合が小さい（1.36%）ことから、C-BNのエピタキシャル成長における理想的な基板とされています。それでも、C-BN/ダイヤモンドヘテロ構造の合成はまだ初期段階にあり、欠陥密度を低減し薄膜品質を向上させる方法については多くの未解決の問題が残されています。 本研究では、電子サイクロトロン共鳴プラズマ強化化学気相成長（ECR PECVD）...

炭素窒化物（Carbon Nitride, CN）は、2次元n型半導体材料として、その優れた光触媒活性と安定性から、光駆動エネルギー変換や環境応用において大きな可能性を示しています。しかし、CNが光触媒分野で優れた性能を示す一方で、光電子デバイス、特にシリコン（Si）ベースの光電子デバイスへの応用は制限されてきました。その主な理由は、高品質で均一かつ加工可能なCN薄膜を大規模に合成する方法が不足していることです。既存の合成方法、例えばナノシート分散コーティング、液-固界面合成、高温アニーリングなどは、ある程度CN薄膜の作成を実現していますが、ウェハーレベルの均一性、表面粗さ、およびシリコンとの界面結合強度において依然として課題を抱えています。これらの問題により、CNとシリコンの異種界面に多く...

学術的背景 金属ハライドペロブスカイト（Metal Halide Perovskites, MHPs）は、その独特な光電特性により、光電分野で注目を集めています。近年、これらの材料は発光ダイオード、レーザー、光検出器、スピントロニクスなどの分野での応用も広く研究されています。しかし、溶液法（solution-processed）で作製されたペロブスカイト薄膜においては大きな進展が見られる一方で、気相法（vapor-phase deposition）によるペロブスカイト薄膜のエピタキシャル成長（epitaxial growth）に関する研究はまだ少ないです。エピタキシャル成長は単結晶薄膜を成長させる技術であり、材料の基本的な物理特性を理解し、高性能デバイスを開発する上で重要です。本研究では、パ...

学術的背景 ゼオライト（zeolite）は、規則的な孔構造を持つ微孔材料であり、触媒、吸着、イオン交換などの分野で広く利用されています。その独特な孔構造と化学的特性により、ゼオライトは石油化学、環境保護、エネルギー貯蔵などの分野で重要な価値を持っています。しかし、ゼオライトの合成と構造制御には依然として多くの課題があり、特に超大型孔ゼオライトの合成と構造安定性に関しては大きな挑戦となっています。従来の合成方法ではゼオライトの構造を精密に制御することが難しく、トポタクティック変換（topotactic transformation）は、原子スケールでの構造変化を通じてゼオライトの指向性合成と構造制御を実現する重要な戦略として注目されています。 本研究では、時間分解三次元電子回折（3D elec...

学術的背景 世界的な水資源とエネルギーの不足は、特に乾燥地帯や遠隔地で深刻であり、気候変動の悪化によりその問題はさらに緊急性を増しています。伝統的な水資源やエネルギーの確保方法、例えば海水淡水化や大規模な電力送電は、コストが高く、技術的に複雑で、資源が乏しい地域では実施が困難です。そのため、大気中から直接水分を収集し、それを清潔な水とエネルギーに変換する持続可能な技術の開発が、現在の研究の焦点となっています。大気水分収集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技術は、自然界の露や霧を利用して、乾燥地帯や遠隔地に清潔な水資源を提供し、従来の集中型システムへの依存を減らす分散型の解決策を提供します。しかし、AWH技術をエネルギー生成、特に電気分解による水素と酸素の生...