【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0265

利用課題名 / Title

飛翔体搭載用高感度超薄膜素子の開発および地上装置への展開

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

ナノカーボン/ Nano carbon,電子顕微鏡/ Electronic microscope,原子層薄膜/ Atomic layer thin film,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope, 放射光/ Synchrotron radiation

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

三石 郁之

所属名 / Affiliation

名古屋大学大学院理学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

多胡諒弥,丹羽由実,小川ともよ

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

都築賢太郎

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-263：高分解能走査型電子顕微鏡
NU-264：原子間力顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

我々は気球・観測ロケット・人工衛星等の飛翔体搭載用観測機器に超薄膜を実装し、かつてない感度での宇宙 X 線観測を目指し開発を進めている。例えば薄膜は X 線天文学分野においては、受動型熱制御素子や可視光防護フィルターとして望遠鏡や検出器などの主要観測機器の一部に組み込まれており、特に軟 X 線を観測帯域としたミッションにおいては様々な形態で必須となる。現在は耐熱性・耐圧性に優れるポリイミド製フィルムが良く用いられているが、透過率の観点から改善の余地が残る。そこで我々はこのポリイミド製のフィルムを、グラフェンや超薄膜グラファイトに置き換えることで、世界最高感度の超薄膜素子の実現を目指し基礎開発に着手している。

実験 / Experimental

今回我々は、X 線透過率を測定し、光学的な厚みをある程度の精度で把握している超薄膜グラファイトサンプルの機械的な厚みを理解するため、AFM での測定を試みた。サンプルは Si 基板に我々が転写したものであり、試料購入時の公称値はグラフェン 30-60 層相当 (おおよそ 10-20 nm 厚程度) とされている。これについては、VUV - X 線帯域での透過率プロファイルの結果から、測定精度の範囲内で粒界を除いた領域に対する結果と一致している。今回我々はこのサンプルの 5 領域について厚み測定を実施した (図 1 参照)。

結果と考察 / Results and Discussion

結果、テンションを張った状態での転写が難しく、基板と超薄膜グラファイトの間に 0.1 - 数ミクロンスケールの隙間が生じ、特に面内の厚みのばらつきを評価することが困難であることが分かった。一方、10-20 nm の厚み領域が確かに存在し、また粒界構造にてその厚みが大きくなっていることが分かった (図 2 参照)。これらは透過率測定の結果とも矛盾しない結果が得られた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図 1 : Si 基板全体の外観写真 (左上) および全 5 箇所の AFM 測定領域の SEM 拡大図

図 2 : 測定箇所の SEM (上段) および AFM (中段：2D, 下段：3D) イメージ例

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

細かな観察作業や結果に対する有意義な議論等、また急なご対応にも応じていただきました都築 賢太郎氏、加藤 剛志先生に感謝します。また本研究は日本学術振興会科学研究費助成事業(22K18274)やウシオ電機株式会社寄付金による支援の下で行われました。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Ryoya Tago, Development of atomically thin optical devices with graphene for astronomical applications, Space Telescopes and Instrumentation 2024: Ultraviolet to Gamma Ray, , 222(2024).
   DOI: 10.1117/12.3020847
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Ryoya Tago, Ikuyuki Mitsuishi, Kazuto Kashiwakura, Yoshimi Niwa, Tomoyo Ogawa, Midori Hirota, Yuzuru Tawara, Kimitaka Higuchi, Haruka Omachi, Ryo Kitaura, Kenji Kawahara, Hiroki Ago, Kentaro Nomoto, Sadayuki Shimizu, Kazuyuki Tsuruoka, Masahito Tagawa, "Development of atomically thin optical devices with graphene for astronomical applications", Space Telescopes and Instrumentation 2024: Ultraviolet to Gamma Ray, 2024/9/16-21
2. 多胡諒弥, 三石郁之, 柏倉一斗, 丹羽由実, 小川ともよ, 廣田翠, 田原譲, 樋口公孝, 大町 遼, 北浦良, 河原憲治, 野本憲太郎, 清水貞行, 鶴岡和之, 田川雅人, 田中清尚, "グラ フェン超薄膜を用いた 高機能汎用型光学素子の開発 ( 3 ) ", 日本天文学会秋季年会 (関西学院大学), 2024年9月13日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件