本発明は、グラフェンの表面に化学修飾基を付加した表面修飾炭素材料であって、グラフェンの表面に対する走査型プローブ顕微鏡像のフーリエ変換像に、化学修飾基の多数の付加位置に対応した一次元周期性が観察され得る表面修飾炭素材料である。本発明の表面修飾炭素材料は、バンドギャップを有することで電子的に動作を制御できるセンサやその他の電子デバイスとして用いることができる。2、CN、CONHRまたはCOHである(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である)。[請求項7]炭素材料と、薄膜と、溶媒が備えられた有機化合物-炭素材料複合体であって、前記炭素材料は、グラフェン、グラファイト、ガラス状炭素膜、及び膜状熱分解炭素からなる群より選ばれ、前記薄膜は有機化合物の周期性集合体によって構成され、前記炭素材料の表面が前記薄膜によって被覆され、前記溶媒は非極性有機溶媒または低極性有機溶媒であって、前記溶媒は前記薄膜上に配置されたことを特徴とする有機化合物-炭素材料複合体。[請求項8]前記薄膜は、炭素数15~80の直鎖のアルカンまたは炭素数10~80の直鎖のアルカン誘導体が並列配置された前記有機化合物の周期性集合体が備えられた請求項7に記載の有機化合物-炭素材料複合体。[請求項9]前記有機化合物の周期性集合体は多角形状の空孔を有する請求項7に記載の有機化合物-炭素材料複合体。間隙の位置で化学修飾用化合物を前記炭素材料の表面に反応させることを特徴とする表面修飾炭素材料の製造方法。[請求項11]前記直鎖のアルカンまたは直鎖のアルカン誘導体は、下記式(2)で表される化合物である請求項10に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、COH、COOH、COOX、CONH、NHCOXまたはNHCHXを表わし、nは、式(2)中の炭素原子数が、アルカンにおいては15~80、アルカン誘導体においては10~80となる条件を満たす整数である。[請求項12]前記薄膜はラメラ型の単分子膜である請求項10または11に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。下記式(3)で表わされる化合物である請求項10~12のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、NHR、CN、CONHRまたはCOHであり(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基またはアリール基である。4はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。前記液媒体とは相互に非混和性であることを特徴とする表面修飾炭素材料の製造方法。[請求項15]前記周期的な自己集合性を示す化合物は、炭素数15~80の直鎖のアルカンまたは炭素数10~80の直鎖のアルカン誘導体である請求項14に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。[請求項16]前記直鎖のアルカンまたは直鎖のアルカン誘導体は、下記式(2)で表される化合物である請求項15に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、COH、COOH、COOX、CONH、NHCOXまたはNHCHXを表わし、nは、式(2)中の炭素原子数が、アルカンにおいては15~80、アルカン誘導体においては10~80となる条件を満たす整数である。[請求項17]前記液媒体における前記アルカンまたは直鎖のアルカン誘導体の濃度が1マイクロモル/L以上である請求項15または16に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。[請求項18]前記周期的な自己集合性を示す化合物は、デヒドロベンゾ[12]アヌレン誘導体である請求項14に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。[請求項19]前記液媒体は、前記周期的な自己集合性を示す化合物を非極性有機溶媒、または低極性有機溶媒に溶解して得られる請求項14~18のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。低極性有機溶媒は、脂肪酸、アルキル置換ベンゼン、炭素数20未満のアルカン、アルカノール、ジアルキルエーテル、ハロゲン化炭化水素または芳香族炭化水素である請求項19に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。濃度は0.2~10.0ミリモル/Lである請求項14~20のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。下記式(3)で表わされる化合物である請求項10~21のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、NHR、CN、CONHRまたはCOHであり(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基またはアリール基である。4はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。[請求項25]請求項1~6、23または24のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料を含む電界効果トランジスタ。[請求項26]請求項1~6、23または24のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料を含むセンサ。[請求項27]請求項1~6、23または24のいずれか1項に記載の表面修飾炭素材料を含む発光素子。表面修飾炭素材料の製造方法に関する。その製造方法に関する。熱特性から様々な用途に使用されることが期待されている。グラフェンは、中でもその高い導電性からエレクトロニクス分野における利用が考えられている。そのため、大学や研究機関、企業等におけるグラフェン関連の研究は活況を呈している。[0003]グラフェンは半金属性を示す物質であり、かつゼロバンドギャップ半導体である。そのため、そのままではエレクトロニクス材料としての用途が限定される。グラフェンにバンドギャップを適切に導入することができれば、室温で高速動作する高性能の電界効果トランジスタや、小型で高感度な分子センサへの利用が可能となる。[0004]そのため、グラフェンにバンドギャップを導入する数多くの方法が報告されている。3炭素)の導入などがあげられる。[0005]これらの方法のうち、グラフェンに化学修飾を施すことは、グラフェンへのバンドギャップ導入に加えて、グラフェンに付加する有機基の電子的または化学的性質によりフェルミ準位制御や表面特性制御も可能となるという利点を有する。そのためグラフェンの化学修飾は盛んに研究されている。[0006]なお、グラフェン等の化学的修飾では面内部分よりもエッジ部分の方が化学修飾されやすいことが知られている。グラフェンの化学修飾にあたっては、グラフェンの面内部分における多数の活性化学種の付加位置を制御し、所定の秩序性を保つことが重要となる。所定の秩序性を保ちながら面内部分を化学修飾することができれば、キャリアの移動の仕方、即ち電流の制御を実現できるなどの利点があり好ましいからである。[0007]まず、特許文献1は、流体を基板に接触させる方法に関する発明を開示する。この発明では、基板と接触した流体の表面に、中心部と少なくとも一つの側方アームとを有する有機分子のネットワークが設けられている。シリコン、金属や熱分解黒鉛(HOPG)等の表面にネットワーク分子が吸着されて形成された二次元モレキュラーシーブが開示されている。図13に、炭素材料の6員環の平面配列102の上に有機化合物の基本骨格105aと枝部105bが連続して相互作用し形成された二次元状構造100を示す。[0008]次に、図14(a)は特許文献2に係わる従来技術の模式的断面図である。特許文献2に係わる従来技術は、ステンレス、セラミクス又は樹脂等の基材113の表面に修飾炭素質膜を形成する発明である。3結合した炭素を含む炭素質膜とその表面(6員環の平面配列112)に水素原子と酸素原子とを含む官能基を有し、炭素質膜の表面に化学的に結合された有機物成分(グラフト鎖111)を備えた修飾炭素質膜110が開示されている。[0009]図14(b)は特許文献3に係わる従来技術を模式的に示すものである。電子デバイス120は、基板上にエッジが修飾されたグラフェン膜(6員環の平面配列122)をチャネルとし、そのチャネルにソース電極124とドレイン電極125とが電気的に接合された構造を有している。この電子デバイス120では、グラフェン膜のエッジに被検知物質種を吸着または被検知物質種と結合する官能基121が付加され、エッジ修飾型のグラフェンセンサが構成されている。グラフェン等の炭素材料のエッジではなく、6員環の平面配列の面内に化学修飾を施す方法も、多数の化学修飾基について試みがなされている。図14(c)はグラファイトの表面をランダムに化学修飾した後、STM探針で化学修飾基を機械的に除去し、炭素表面を所望の形状に暴露する方法を示す写真である。この方法は、ナノシェービング法と呼ばれている。[0010]図15に、NBDを化学修飾基として炭素材料の表面に付加した様子を模式的に示す。この事例では、炭素材料の表面の6員環の平面配列に対して付加したアリール基へアリールラジカルの置換反応が縦続することで多層状態を形成する。その結果、炭素材料に対する、多数の化学修飾基の平面内での高密度修飾や付加位置制御が未達成であった。3炭素位置)を制御することは事実上不可能である。付加物の修飾率を厳密に制御することも困難であった。このような問題の解決に向けた研究が幾つか報告されている。[0012]例えば、非特許文献1においては、Ru(0001)上の単層グラフェンに対して、シアノメチルラジカルが金属とグラフェンの相互作用に起因して、位置選択的に付加することが報告されている。この方法では次元性や周期(ピッチ)の制御が不可能である。[0013]また、非特許文献2では、長鎖アルキル基を持つアリールジアゾニウム塩を自己集合によりグラフェン上に配列させて、電気化学的に還元しアリールラジカルを発生させることで、グラフェンに付加が起こることが報告されている。周期的な修飾の可能性が議論されている。[0014]これら非特許文献1と非特許文献2の方法は、周期的な化学修飾に対する魅力的なアプローチではある。どちらも炭素材料に対する化学的な表面修飾の精密制御には程遠い。化学修飾基を付加させる場合における高精度な付加位置の制御と、修飾率の制御が不十分と思われる。[0015]それに対して、非特許文献3においては、固体基板上や溶液中の化学反応を利用して、ボトムアップ的にナノグラフェンやグラフェンナノリボン(GNR)を合成する方法が報告されている。この方法では、設計された前駆体から適切なサイズのグラフェンやGNRが得られる利点がある。そのため、本方法に関する研究が近年盛んに行われている。それらの電子的または磁気的な性質はエッジ構造に大きく依存し、グラフェンそのものとは大きく性質が異なる。リボン幅をある程度以上に広げることも不可能である。利用してグラファイトやグラフェンの表面にナノパターンを形成する方法が報告されている。非特許文献4においては、有機溶媒とグラファイトの界面において、直鎖のアルカンが自己集合によりラメラ型の単分子膜を形成することが報告されている。この非特許文献4においては、付加位置を周期的に制御しながら化学修飾を行うといった考え方は何ら開示されていない。利用して、グラファイトやグラフェンの表面にナノパターン形成を簡便に行う方法が報告されている。DBA誘導体は有機溶媒とグラファイトまたはグラフェンとの界面においてハニカム型の分子配列を形成することがSTM観測によって確認された。[0018]非特許文献7においては、上記の非特許文献5または非特許文献6の手法を利用し、6回対称の周期性構造をグラファイト上に形成した後、化学修飾を施した実験結果が報告されている。[0019]非特許文献8においては、SiCスパッタ成膜法を利用したグラフェンの製造方法が報告されている。非特許文献9においては、SiO基板上でグラフェンを形成する方法が報告されている。3炭素の欠陥を一次元周期的に導入した場合における、グラフェンのバンドギャップを制御し得る手法について計算予測が試みられた。[0021]非特許文献11においては、グラフェンまたはグラファイトの表面に、3,5-ジ-tert-ブチルベンゼンジアゾニウムクロライド(TBD)、または、4-ニトロベンゼンジアゾニウムクロライド(NBD)を化学修飾基として付加する方法が報告されている。そのFig.13においては、炭素材料の表面に付加されたアリール基の層を、STMの探針で部分的に除去することで、矩形の領域の炭素表面を露出させる手法が示された(図14(c)参照)。露出された当該矩形の領域をテンプレートとして、ペンタコンタンの分子を自己集合させて二つのブロックを形成する手法が示された。この先行技術において、炭素材料の表面上に自己集合したペンタコンタンは、隣接する数カ所のブロックで整列状態が観察し得るが、より大きな面積サイズにおいては、ブロックがモザイク状に配置されたものであった。このように、この非特許文献11はSTM探針によるナノシェービング法を利用するものであり、電子デバイスに使用できるように、付加物(化学修飾基)を所定の配列状態に形成することは未達成であった。[0022]最後に、非特許文献12においては、グラフェンにおける欠陥を異なる励起エネルギーのラマンスペクトル解析によって定量的に分析できることが報告されている。[0025]上記の従来技術においては、比較的容易にできる炭素材料のエッジ部分の化学修飾や、斑点状の化学修飾、あるいは炭素材料の表面内部をランダムに化学修飾することが実施できた程度であった。[0026]言い換えると、新世代のデバイス化に必要となる、高度な化学修飾を遂行するための新たな技術が未達成であった。炭素材料の表面に対して化学修飾基を秩序だって付加させることが困難であった。詳しくは、化学修飾基を炭素材料の表面に対して高密度に付加しながら、それらの面内での位置を精度よく制御することが極めて困難であった。一定以上の面積に対して化学修飾を所望の修飾率で行うことが難しかったのである。このように、グラフェン等に対する化学ドーピングでは、高度な制御をすることが達成できず、デバイスへの利用に適した材料を作成し難いという知見が一般的であった。[0027]本発明の目的は、炭素材料の表面に化学修飾基が付加されてなる表面修飾炭素材料であって、多数の化学修飾基の付加位置が面内で制御された表面修飾炭素材料を提供することにある。具体的には、炭素材料の表面における付加位置について、所定の秩序性を与えた表面修飾炭素材料とその製造方法を提供することである。製造するための中間体となる、有機化合物-炭素材料複合体とその製造方法を提供する。[0028]本共同発明者らは、炭素材料、例えばグラフェンまたはグラファイトの表面上に、アルカン等の自己集合により形成された膜をマスクとした化学修飾について、付加物の種別や反応条件等について鋭意検討を行った。実験結果及び理論的考察に基づいて、炭素材料の表面にマスクを載置した状態で、ジアゾニウム塩等から発生させたラジカルの付加反応を生じさせることで、その付加位置を、一次元周期性または二次元周期性を持つように制御することができることを見出したものである。[0029]即ち、本発明は下記[態様1]~[態様28]に関する。2、CN、CONHRまたはCOHである(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。[0036][態様7]炭素材料と、薄膜と、溶媒が備えられた有機化合物-炭素材料複合体であって、前記炭素材料は、グラフェン、グラファイト、ガラス状炭素膜、及び膜状熱分解炭素からなる群より選ばれ、前記薄膜は有機化合物の周期性集合体によって構成され、前記炭素材料の表面が前記薄膜によって被覆され、前記溶媒は非極性有機溶媒または低極性有機溶媒であって、前記溶媒は前記薄膜上に配置されたことを特徴とする有機化合物-炭素材料複合体。[0037][態様8]前記薄膜は、炭素数15~80の直鎖のアルカンまたは炭素数10~80の直鎖のアルカン誘導体が並列配置された前記有機化合物の周期性集合体が備えられた[態様7]に記載の有機化合物-炭素材料複合体。[0038][態様9]前記有機化合物の周期性集合体は多角形状の空孔を有する[態様8]に記載の有機化合物-炭素材料複合体。前記炭素材料の表面に反応させることを特徴とする表面修飾炭素材料の製造方法。[0040][態様11]前記直鎖のアルカンまたは直鎖のアルカン誘導体は、下記式(2)で表される化合物である[態様10]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、COH、COOH、COOX、CONH、NHCOXまたはNHCHXを表わし、nは、式(2)中の炭素原子数が、アルカンにおいては15~80、アルカン誘導体においては10~80となる条件を満たす整数である。[0042][態様12]前記薄膜はラメラ型の単分子膜である[態様10]または[態様11]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。下記式(3)で表わされる化合物である[態様10]~[態様12]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、NHR、CN、CONHRまたはCOHであり(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基またはアリール基である。4はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。前記液媒体とは相互に非混和性であることを特徴とする表面修飾炭素材料の製造方法。[0046][態様15]前記周期的な自己集合性を示す化合物は、炭素数15~80の直鎖のアルカンまたは炭素数10~80の直鎖のアルカン誘導体である[態様14]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。[0047][態様16]前記直鎖のアルカンまたは直鎖のアルカン誘導体は、下記式(2)で表される化合物である[態様15]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、COH、COOH、COOX、CONH、NHCOXまたはNHCHXを表わし、nは、式(2)中の炭素原子数が、アルカンにおいては15~80、アルカン誘導体においては10~80となる条件を満たす整数である。[0049][態様17]前記液媒体における前記アルカンまたは直鎖のアルカン誘導体の濃度が1マイクロモル/L以上である[態様15]または[態様16]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。[0050][態様18]前記周期的な自己集合性を示す化合物は、デヒドロベンゾ[12]アヌレン誘導体である[態様14]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。[0051][態様19]前記液媒体は、前記周期的な自己集合性を示す化合物を非極性有機溶媒、または低極性有機溶媒に溶解して得られる[態様14]~「態様18」のいずれかに記載の表面修飾炭素材料の製造方法。低極性有機溶媒は、脂肪酸、アルキル置換ベンゼン、炭素数20未満のアルカン、アルカノール、ジアルキルエーテル、ハロゲン化炭化水素または芳香族炭化水素からなる群より選ばれる1種以上の物質である[態様19]に記載の表面修飾炭素材料の製造方法。濃度は0.2~10.0ミリモル/Lである[態様14]~[態様20]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料の製造方法。下記式(3)で表わされる化合物である[態様10]~[態様21]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料の製造方法。2、NHR、CN、CONHRまたはCOHである(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基またはアリール基である。6である(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。[0058][態様25][態様1]~[態様6]、[態様23]または[態様24]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料を含む電界効果トランジスタ。[0059][態様26][態様1]~[態様6]、[態様23]または[態様24]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料を含むセンサ。[0060][態様27][態様1]~[態様6]、[態様23]または[態様24]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料を含む発光素子。[0061][態様28][態様1]~[態様6]、[態様23]または[態様24]のいずれかに記載の表面修飾炭素材料を含む触媒。[0062]本発明は、グラフェン、グラファイト、ガラス状炭素膜、及び膜状熱分解炭素からなる群より選ばれる炭素材料の表面の少なくとも一部に、化学修飾基が付加されてなる表面修飾炭素材料であって、その化学修飾基の多数の付加位置が全体として所定の周期性を有している。このため、本発明の表面修飾炭素材料は、キャリアの移動、即ち、電流を制御できるなど多岐にわたる利点を有する。電子デバイスを形成した場合、外部環境の変動に応じたキャリアの移動の変化を間接的に感知することができる。[0063]本発明の表面修飾炭素材料の製造方法は、炭素材料の表面に化学修飾基を制御しながら付加させることができ、多数の化学修飾基の付加位置に周期性がある表面修飾炭素材料を製造することができる。2炭素であると言われている。熱分解炭素膜としては、例えば、1000°C程度の高温で分解されて形成された数μm程度の膜厚の炭素膜があげられる。その層構造や内部構造を、製造プロセスを変更して調整し得ることが知られている。以下、本発明における炭素材料の代表例として、グラフェンまたはグラファイトを材料として用いて実施例の実験等を行った。3炭素をグラフェン等に導入することができる。本発明の表面修飾炭素材料の製造方法は、従来のリソグラフィー法による微細加工の限界を打ち破るものである。3炭素をグラフェン等に導入できる新技術である。図1(a)は、本発明に係わる一次元周期性を示す薄膜を用いて形成した表面修飾炭素材料のSTM観測像である。各STM観測像(四角枠)の右下部の画像はSTM観測像のフーリエ変換像である。図1(b)は、液体中におけるSTM観測の説明図である。図1(c)は、炭素材料の表面を、有機化合物の一例として、アルカンで構成した薄膜で覆った状態を示す模式図である。図1(d)は、炭素材料の表面を覆った有機化合物の配列の溝に付加物を付加させて表面修飾炭素材料を形成した状態を示す模式図である。図1(e)は、本発明に係わる表面修飾炭素材料の表面を示す写真(低倍率)である。図2(a)は、従来の表面修飾炭素材料の製造方法によって得られた表面修飾炭素材料を示す模式図である。図2(b)は、本発明の表面修飾炭素材料の製造方法によって得られた表面修飾炭素材料を示す模式図である。図2(c)は、本発明の表面修飾炭素材料の製造方法によって得られた表面修飾炭素材料(高密度型)を示す模式図である。図3(a)は、本発明の表面修飾炭素材料の製造方法で使用される電気化学セルの一例の外観写真である。分図(O)は斜め上方から見た写真、分図(S)は横方向から見た写真、分図(T)は直上方向から見た写真である。図3(b)は、実施例及び比較例で使用した電気化学セルの使用状態を示す模式断面図である。図3(c)は電気化学セルの各部の寸法を示すための模式断面図である。図3(d)は、従来技術(非特許文献11からの引用図)に係わる実験結果であり、化学修飾基としてNBDとTBDを用いた場合のCV法による電圧-電流特性のグラフである。分図(1)がNBDの場合、分図(2)がTBDの場合である。図3(e)は、従来技術(非特許文献11からの引用図)に係わる実験結果であり、化学修飾基としてNBDを用いた場合のラマンスペクトルのグラフである。図3(f)は、従来技術(非特許文献11からの引用図)に係わる実験結果であり、化学修飾基としてTBDを用いた場合のラマンスペクトルのグラフである。図3(g)は、従来技術(非特許文献11からの引用図)に係わる実験結果であり、サイクリックボルタンメトリーによる炭素材料の表面化学修飾の方法を示す説明図である。分図(1)は、CV法の掃引時の印加電圧波形を示すグラフである。分図(2)は、CV法による掃引前のラマンスペクトルを示すグラフである。分図(3)は、CV法による掃引後のラマンスペクトルのグラフである。第三掃引波となっている。図4(a)は、デヒドロベンゾ[12]アヌレン誘導体の構造を模式的に示した説明図である。図4(b)は、デヒドロベンゾ[12]アヌレン誘導体6分子からなる6角形状の周期性構造(集合体)を示す説明図である。図4(c)は、多くのデヒドロベンゾ[12]アヌレン誘導体分子が6角形状構造を連続させるように集合して形成された薄膜が炭素材料の表面に付着した状態を示す説明図である。図4(d)は、化学修飾基が炭素材料の表面に対して二次元方向への周期性を持って付加して得られた表面修飾炭素材料を示す説明図である。図4(e)は、本発明の製造方法における、[A]電気化学処理、[B]自己集合単分子膜(アルカンの薄膜)、[C]共有結合形成によるナノパターニング、[D]付加物による表面修飾の各工程の関係の説明図である。図5(a)は、本発明に係わる二次元周期性構造を持つ集合体の基本的形態(一例)の模式平面図である。図5(b)は、STM観測像における炭素材料の表面のデヒドロベンゾ[12]アヌレン誘導体の集合体単一ユニットの相対的な大きさを示す説明図である。本発明の表面修飾炭素材料を製造する工程を示すフローチャートである。本発明による表面修飾炭素材料の他の構成例1を用いた電子デバイス90F(均一ピッチ型)の模式的平面図である。本発明による表面修飾炭素材料の他の構成例2を用いた電子デバイス90P(異ピッチ型)の模式的平面図である。図6(a)は、炭素材料の表面に化学修飾基が一次元周期性を持って配列した場合を示す模式図である。図6(b)は、炭素材料の表面に化学修飾基が二次元周期性(四角形格子状配列)を持って配列した場合を示す模式図である。図6(c)は、炭素材料の表面に化学修飾基が二次元周期性(ハニカム状構造)を持って配列した場合を示す模式図である。図6(d)は、細片状に加工した炭素材料(GNR)を、一次元周期性を持つ表面修飾基で修飾した炭素材料の両端に電極を形成し、電子デバイス300として使用する基本形態の模式平面図である。図6(e)は、細片状に加工した炭素材料(GNR)を、二次元周期性を持つ表面修飾基で修飾した表面修飾炭素材料の両端に電極を形成し、電子デバイス400として使用する基本形態の模式平面図である。図6(f)は、本発明の表面修飾炭素材料の両端に電極を形成しセンサとして使用する電子デバイス500の模式断面図である。図6(g)は、本発明の表面修飾炭素材料の両端に電極を形成しボトムゲートを有する素子構造として使用する電子デバイス600の模式断面図である。分図(a)は、実施例1-1において得られたサイクリックボルタモグラムである。第五掃引波となっている。分図(b)及び(c)は、実施例1-1において得られたSTM観測像であり、分図(b)の右上部の画像はSTM観測像のフーリエ変換像である。分図(d)は、実施例1-1において得られたラマンスペクトルである。分図(e)は、フーリエ変換像を拡大した図である。分図(a)は、実施例1-2において得られたSTM観測像である。分図(b)は、実施例1-2において得られたSTM観測像のフーリエ変換像である。分図(a)は、実施例1-3において得られたSTM観測像である。分図(a)の右上部の画像はSTM観測像のフーリエ変換像であり、分図(b)は、そのフーリエ変換像を拡大した図である。分図(a)は、実施例1-4において得られたサイクリックボルタモグラムである。第五掃引波となっている。分図(b)、(c)及び(f)は、実施例1-4において得られたSTM観測像である。分図(d)及び(e)は、実施例1-4において得られたラマンスペクトルである。分図(g)は、実施例1-4において得られたSTM観測像のフーリエ変換像である。図11は、実施例1-5に対応するデータであって、分図(a)は実施例1-5において得られたサイクリックボルタモグラムであり、分図(b)、分図(c)及び分図(d)は、実施例1-5において得られたSTM観測像である。第五掃引波となっている。分図(b)の右上部の画像はSTM観測像のフーリエ変換像である。分図(a)は、比較例1-1において得られたサイクリックボルタモグラムである。第五掃引波となっている。分図(b)は、比較例1-1において得られたSTM観測像である。分図(b)の右上部の画像はSTM観測像のフーリエ変換像である。分図(c)は、比較例1-1において得られたラマンスペクトルであり、分図(d)は、フーリエ変換像を拡大した図である。図13は、特許文献1に係わる従来技術であって、グラファイト上に有機化合物の集合体が形成された様子を示す模式平面図である。図14(a)は、特許文献2に係わる従来技術であって、炭素質膜上にグラフト鎖が形成された様子を示す模式断面図である。図14(b)は、特許文献3に係わる従来技術であって、全体形状がジグザク状であるグラフェンをセンシング部位として用いたグラフェンセンサであり、グラフェンのエッジを化学修飾した様子を示す模式平面図である。図14(c)は、非特許文献11からの引用であって、STMの探針を用いて、多数の3,5-TBDで予めランダムに化学修飾しておいたHOPG表面をナノシェービングすることにより、所定の領域を暴露した事例の写真及び説明図である。図15は、従来技術であって、炭素材料の表面に化学修飾基としてNBDが多層をなすように付加された様子を示す模式図である。図16は、本発明に適用し得る、公知の有機化合物(H3BTB)を用いた単一ユニットの一例の構造模式図である。図17(a)は、H3BTBを用いて炭素材料の表面を化学修飾した後のSTM観測像である(分図(a))。分図(b)はサイクリックボルタモグラムである。下から第一掃引波と第二掃引波となっている。分図(c)はラマンスペクトルデータ、分図(d)はフーリエ変換像である。図17(b)は、DBAOC6を用いて炭素材料の表面を化学修飾した後のSTM観測像(分図(a))とフーリエ変換像(分図(b))である。図18は、6角形の空孔を持つ集合体の単一ユニットとなるDBAのアルキル側鎖の長さの変形例の説明図である。図19は、集合体を形成し得るDBAOC4~DBAOC10の構造模式図である。図20は、周期性が発現したDBAOC10、DBAOC8及びDABOC6のSTM観測像とフーリエ変換像である。図21は、本発明に適用し得る、公知の有機化合物群の構造を示す模式図である。分図(a)は、上記のDBAOCn以外の有機化合物の例として、DBA-DA化合物群において、その枝の長さが異なる単一ユニットの名称と化学式を示す説明図である。分図(b)~(e)は、DBA-DA12,12~DBA-DA32,33における、4種類の有機化合物の構造模式図である。分図(a)は、広域のSTM観測像である。分図(b)は、STM観測像である。分図(c)は六つの有機化合物(単一ユニット)を集合させて形成される集合体の構造模式図である。形成することができる、その他の有機化合物群の構造を示す説明図である。構造式中のnは任意の整数とする。一例として、星型正6角形の場合の説明図である。分図(a)は単一ユニットを構成する有機化合物の化学構造式を示し、分図(b)は薄膜のSTM観測像を示し、分図(c)は、STM観測像中のカゴメ構造の位置を示す説明図である。図25は、二重の環状構造を有する二次元周期性構造の集合体を形成し得る化合物を示す説明図である。図26(a)は、DBAOC6が表面上で6分子集合して形成される集合体における右巻き(CW)構造を示す図であり、図26(b)は、DBAOC6が表面上で6分子集合して形成される集合体における左巻き(CCW)構造を示す図である。図27(a)は、DBAOC6が形成するハニカム構造のドメイン境界近傍におけるSTM像であり、図27(b)は、DBAOC6が形成するハニカム構造のドメイン境界近傍におけるSTM像のフーリエ変換像である。図28(a)は、DBAOC6をテンプレートとして用いてグラファイトをアリール基で化学修飾して得られた修飾グラファイト表面のSTM像であり、図28(b)は、DBAOC6をテンプレートとして用いてグラファイトをアリール基で化学修飾して得られた修飾グラファイト表面のフーリエ変換像である。図29は、2分子のDBAOC6の表面上における相対的な配置態様を示す図である。[0066]本発明の表面修飾炭素材料は、グラフェン、グラファイト、ガラス状炭素膜、及び膜状熱分解炭素からなる群より選ばれる炭素材料の少なくとも一部の表面に多数の化学修飾基が付加されてなる表面修飾炭素材料であって、前記表面に対する走査型プローブ顕微鏡像のフーリエ変換像に、前記化学修飾基の多数の付加位置に対応した一次元周期性が観察される表面修飾炭素材料である。一般的に、フーリエ変換像に周期性が存在しない場合とは、フーリ変換像が特徴の無いハローパターンになる場合であることが知られている。[0067]本発明の表面修飾炭素材料は、グラフェン、グラファイト、ガラス状炭素膜、及び膜状熱分解炭素からなる群より選ばれる炭素材料を用いる。グラフェン等の表面の少なくとも一部に多数の化学修飾基が所定の周期性を示すように付加されてなる炭素材料である。2結合炭素原子がハニカム状に結合した6角形格子構造を有する炭素材料である。2結合炭素原子に化学修飾基を結合することにより得られる新しい炭素材料である。2やSiCなどの基板を用いることもできる。3結合炭素原子となっている。3結合炭素原子を導入して得られる炭素材料である。3結合炭素原子という「欠陥」を含む炭素材料である。3結合炭素原子または欠陥に対応した周期性が一次元方向に観察される(図1(a)参照)。[0070]「周期性が一次元方向に観察される」とは、フーリエ変換像において、周期性が出現するベクトル方向が一方向のみであり、二方向以上ではないことを意味する。本発明において「周期性が二次元方向に観察される」とは、フーリエ変換像において、周期性が出現するベクトル方向が二方向以上であることを意味する。本発明において、周期性を定める際の方向の基準には、例えば、表面化学修飾をした炭素材料を電子デバイスとして形成した際のチャネルの長さ方向を用いることが考えられる。[0071]STM観測像をフーリエ変換した画像においては、サンプルにおける周期性に対応した光点が現れる。サンプルにおける化学修飾が一次元周期性のものであれば、フーリエ変換像の基準軸として、画像のX軸、Y軸の何れでもよいが仮にX軸と仮定すれば、その原点に対してX軸上の対称な位置に強い光点を観察することになる。加えて輝度が低い光点が現れる場合には、フーリエ変換像の原点から輝度の高い光点を結ぶベクトル方向であって、原点からより遠い位置に2倍、3倍の周期が発現することとなる。[0072]また、二次元周期性の場合は、一般的に原点を中心として、X軸上及びY軸上にそれぞれ対称性のある光点群を観察することになる。周期性集合体を単位として平面上で連続配列せしめたテンプレートを用いて炭素材料を表面修飾した場合、そのSTM画像のフーリエ変換像においては、原点を中心とした回転対称性の光点を観察することになる。テンプレートがハニカム状であって、それに対応して表面修飾を施した炭素材料のSTM観測像のフーリエ変換像においては、その基本単位として、少なくとも原点を中心とした6角形の頂点に位置する光点を必ず観察する。[0073]また、X軸上の二つの交点が強く発現していて、その他に、2次元周期性の位置に薄い交点が観察される場合は、全体として二次元周期性のものに該当すると判断する。基本的な事例を以下の表1に模式的に示す。ハニカム状の2次元周期性配列の場合は、フーリエ変換像の光点群は60度の回転対称性を有するが、チャネルに沿って炭素材料の六員環配列をアームチェア構造かジグザグ構造に設定するかで、フーリエ変換像における光点の現れ方が30度異なることになる。表1中の破線の矢印はチャネルの方向を意味する。Microscope)等を挙げることができる。後述する実施例においては、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて炭素材料の表面を観測した。[0076]STMは、探針-試料間の至近距離で働くトンネル効果により、非接触でも流れるトンネル電流を検出するSPMの一種である。図1(b)に、その概略構成を示す。導電性基板161の上に載置した試料162に電圧を印加し、その表面をプローブ160によって三次元的に観察することができる。用いる探針が鋭いほど、分解能が向上する。原子レベルの観測には単原子または単分子探針を用いることが通常である。[0077]STM観測では、超高真空中で原子分解能を得ることができ、大気中や液体中でも分子分解能が得られる。本発明においては、炭素材料の表面状態や原子構造などの実空間像を高い空間分解能で得るため、さらには炭素材料の表面における付加物の場所を特定し、表面全体における付加物の配列状態を検出するためにSTMを用いた。[0078]本発明において、炭素材料の表面を化学修飾するため、その表面を被覆する有機化合物で形成した薄膜を用いる。その薄膜をマスクとして使用し、薄膜の空孔の位置で化学修飾基を炭素材料の表面と反応させる。その結果、化学修飾基の付加位置を面内で制御することができる。本発明において、面内に存在する空隙(溝)または多数の空孔の配列が一次元周期性、または二次元周期性を呈する薄膜を用いることができる。[0079]一次元周期性では、STM観測像から読み取ることができるように、薄膜が構成する分子列間の周期が一次元周期に対応している。それに対して、分子列と平行方向の周期はランダムとなっている。一つのベクトル方向のみに周期が存在している。一方で、二次元周期性には二つ以上のベクトル方向に周期性が発現するものである。表面に対してSTM観測を行い、得られた観測像をフーリエ変換することにより得られた像である。おける、多数の化学修飾基の付加位置に対応した周期性を確認することが可能である。[0081]STM観測は以下の手法によって行った。後述する電気化学法で用いる有機溶剤とグラファイト(炭素材料)の界面において、グラファイトの一段(ステップ)を約100pmから500pmの範囲で観測することができるスキャナを用いて、表面修飾したサンプルをSTM観測した。得られたSTM画像についてSPIPイメージ解析ソフトウェア(登録商標)により、傾き補正を施した後に、FFT処理を行って付加物の周期性を評価した。このFFT処理では、光点の検出のための閾値の設定が不要である。上記の相対的な高さが高い部分、つまり、炭素材料の表面に付加せしめたアリール基の部分の周期を確実に検出するからである。[0082]この場合、後述する実施例では、テンプレートとして用いるアルカンの高さが約50pm、アリール基の高さが約200~250pmとして観測される。他の実施例でテンプレートとして用いるDBAの場合も、DBAの高さを約50pm、アリール基の高さを約200~250pmとして計測することができる。[0083]あるいは、個々の付加物を検出することが必要な場合には、アルカンやDBAなどのテンプレート分子の高さよりも、炭素材料の表面よりも高い位置の成分を検出する手法が考えられる。化学修飾基とテンプレートとの高さの差の有効数値が必要となる場合には、例えば、上記校正済みのスキャナで、計測の際の閾値となる見かけ高さを100pm以上に設定することもできる。後述するシェービング法を用いて表面修飾を施す場合には、炭素材料(グラファイト)自体の表面との高さの差ということになる。校正済みのスキャナで、500pm~2000pm程度が想定される(参照:非特許文献11)。あれば、2~10nmのピッチである。図1(a)は、本発明に係わる一次元周期性構造を持つ、3種類のアルカンを用いて形成した薄膜のSTM観測像と、各STM観測像(四角枠)の右下部の画像はSTM観測像のフーリエ変換像を対比的に示すものである。