学術的背景 情報時代の到来に伴い、集積回路（Integrated Circuits, ICs）は技術進歩を推進する中核的な力となっています。しかし、従来の集積フォトニクスプラットフォーム（シリコン、窒化シリコンなど）は材料特性に多くの制限があります。例えば、シリコンの間接バンドギャップはレーザーアプリケーションでの使用を制限し、シリコンの近赤外波長域での強い二光子吸収は非線形光学アプリケーションでの性能を制限しています。これらの制限を克服するため、研究者たちは優れた光学特性を持つ二次元材料（2D Materials）をフォトニックチップに統合することを探求し始めました。グラフェン（Graphene）、遷移金属ダイカルコゲナイド（Transition Metal Dichalcogenides...

背景紹介 二次元材料（2D materials）は、その独特な物理化学的特性により、ナノエレクトロニクスやオプトエレクトロニクスなどの分野で大きな応用可能性を示しています。しかし、これらの材料のナノスケールでの構造的擾乱（structural perturbations）は、その性能に重要な影響を及ぼします。従来のラマン分光法（Raman spectroscopy）などの手法は、材料の構造情報を提供できますが、その空間分解能は通常、回折限界に制限されており、ナノスケールでの構造変化を正確に検出するのは困難です。この問題を解決するため、研究者たちは、機械学習（machine learning, ML）と分光技術を組み合わせることで、空間分解能を向上させ、ナノスケールの構造的擾乱を明らかにするこ...

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）...

世界のエネルギー効率と環境持続可能性への関心が高まる中、発光ダイオード（LED）技術は照明やディスプレイ分野の主流選択肢となっています。しかし、従来のLED技術がエネルギー効率と性能において顕著な進歩を遂げている一方で、その製造過程における希少材料への依存や環境への影響は無視できない問題です。近年、ペロブスカイト発光ダイオード（PeLEDs）は、軽量設計、柔軟性、広色域などの利点から、次世代照明およびディスプレイ技術の有力候補として注目を集めています。しかし、PeLEDsが技術的に急速に進歩しているにもかかわらず、その環境的および経済的影響に関する包括的な評価は依然として不足しており、これが将来の商業化にとって重要な課題となっています。 本研究は、ライフサイクルの観点から18種類の代表的なP...

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...