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複合構造を形成したナノカーボン物質の基礎物性解明

Research Project

Project/Area Number 15J05071
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

山中 綾香  筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsナノカーボン物質 / 第一原理計算 / NFE状態 / 六方晶窒化硼素 / 極性
Outline of Annual Research Achievements

ナノカーボン物質の半導体デバイス応用において本質となる、異種物質との複合構造体の電界下における基礎物性解明のため、中でもグラフェンナノリボンに注目し、その詳細な端構造が及ぼす影響について調査を行った。
種々の端構造について電界下における物性の調査を行った結果、端構造依存の特異な外部電界遮蔽を発見した。アームチェア端においては結合交替による電子密度の偏りに起因する不均一な遮蔽が、ジグザグ端を持つナノリボンにおいてはエッジ状態由来の端に局在した電子分布によって外部電界に対する過剰な遮蔽が起こることを明らかにした。このことは、ナノリボンの詳細な端構造が電子伝導に影響を与えることを示している。
原子/分子吸着・脱離により欠陥が導入されたグラフェンナノリボンの安定性の調査を行った結果、欠陥の構造が、原子/分子種、系の水素分圧に強く依存することを明らかにした。特に、原子/分子脱離による欠陥は、高水素分圧下ではアームチェア形状、低水素分圧下ではジグザグ形状が安定となることから、この結果は水素分圧による端構造制御の可能性を示唆するものである。
また、六方晶窒化硼素(h-BN)に着目し、グラフェンナノリボンとの複合系の調査を行ったところ、h-BNの極性に起因してh-BNナノリボン間に生じる電位差により、間に挟まれたグラフェンナノリボンへの電界印加が能であることを確認した。さらに、h-BNナノリボンの極性が端への水素原子吸着や一軸歪みの導入によって制御でき、端に対する水素原子の被覆率、歪みの種類や大きさの調整により無極性化や極性の反転が可能であることを明らかにした。このことは、h-BNが二次元の電界源として応用可能であることを示している。
以上の結果は、未解明であったナノカーボン物質の電界下での物性解明を行ったものであり、デバイス応用に向けた基礎研究として重要かつ意義深いものである。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results)

  • [Journal Article] Polarity control of h-BN nanoribbon edges by strain and edge termination2017

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 19 Issue: 13 Pages: 9113-9117

    • DOI

      10.1039/c6cp08818j

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Energetics and electronic structure of h-BN nanoribbons2016

    • Author(s)
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 30653-30653

    • DOI

      10.1038/srep30653

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electronic structure modulation of graphene edges by chemical functionalization2016

    • Author(s)
      Remi Taira, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 9 Issue: 11 Pages: 115102-115102

    • DOI

      10.7567/apex.9.115102

    • NAID

      120007129279

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] `Energetics and electronic structures of graphene nanoribbons under a lateral electric field2016

    • Author(s)
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 96 Pages: 351-361

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2015.09.054

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Influence of electric field on electronic states of graphene nanoribbons under a FET structure2016

    • Author(s)
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Issue: 3 Pages: 035101-035101

    • DOI

      10.7567/jjap.55.035101

    • NAID

      120007129636

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] グラフェン端形成過程のエネルギー論2017

    • Author(s)
      山中綾香, 岡田晋
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Energetics of Edge Formation Processes of Graphene2017

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      第52回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2017-03-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Energetics and electronic structure of h-BN nanoribbons2016

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      MNC2016
    • Place of Presentation
      ANAクラウンプラザホテル京都(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-11-08
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic structure of h-BN nanoribbons2016

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      RPGR2016
    • Place of Presentation
      ソウル(韓国)
    • Year and Date
      2016-09-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 一軸歪み印加によるh-BNナノリボンの極性変調2016

    • Author(s)
      山中綾香, 岡田晋
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Polarity control of h-BN nanoribbons by uniaxial strain2016

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道立道民活動センター かでる2・7(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Tuning of polarization of h-BN nanoribbons by the edge hydrogenation2016

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      NT16
    • Place of Presentation
      ウィーン(オーストリア)
    • Year and Date
      2016-08-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水素終端によるh-BNナノリボンの極性変調2016

    • Author(s)
      山中 綾香,岡田 晋
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会(2016年)
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Tuning of polarization of h-BN nanoribbons by the edge hydrogenation2016

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      第50回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-02-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural dependence of electronic properties of graphene nanoribbons on an electric field2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      Pacifichem2015
    • Place of Presentation
      ホノルル(アメリカ)
    • Year and Date
      2015-12-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Energetics of Edge Formation Processes of Graphene2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      MNC2015
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山県富山市)
    • Year and Date
      2015-11-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of Local Electric Field on Electronic States of Graphene Nanoribbons2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      SSDM2015
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-09-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] h-BNナノリボンのエネルギー論と電子状態2015

    • Author(s)
      山中 綾香,岡田 晋
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Energetics and electronic structure of h-BN nanoribbons2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      第49回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県北九州市)
    • Year and Date
      2015-09-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Energetics and Electronic Structure of Graphene Edges2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      ICDS2015
    • Place of Presentation
      エスポー(フィンランド)
    • Year and Date
      2015-07-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Energetics and electronic structure of graphene nanoribbons2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      NT15
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-06-29
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic structure and energetics of graphene nanoribbons under an external electric field2015

    • Author(s)
      A. Yamanaka and S. Okada
    • Organizer
      ISIC18
    • Place of Presentation
      ストラスブルグ(フランス)
    • Year and Date
      2015-05-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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