ハイブリッドナノチューブの電子デバイス応用に向けた分子シミュレーション
| Project/Area Number |
19J13818
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
久間 馨 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ナノチューブ / 密度汎関数理論 / 二硫化モリブデン / カーボンナノチューブ / 窒化ホウ素 / 分子動力学 |
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| Outline of Research at the Start |
炭素(carbon; C)，窒化ホウ素(boron nitride; BN)および遷移金属カルコゲン(transition me
tal dichalcogenides; TMD)のナノチューブ(nanotube; NT)の層間へテロ構造によるハイブリ
ッドNT材料は，それぞれの層の電子物性や熱伝導特性・物質の安定性を組み合わせて用いるこ
とで優れた半導体デバイスとしての応用が期待されている．
本研究ではそれらハイブリッドNTの層構造やエネルギー論・電子物性を非経験的・経験的計
算により明らかにする．電子構造や電子・熱輸送特性・光学特性について計算をおこなうことを予定している．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はハイブリッドナノチューブあるいはヘテロナノチューブと呼ばれる，ナノスケールのチューブ状物質が組み合わされたヘテロ構造の合成メカニズムおよび物性に関するものである．分子シミュレーションを行い，理論的・計算科学的な観点から新たな知見を得ることで，将来的なデバイス応用に向けた新たな知見を得ることを目的としている．
前年度において，カーボンナノチューブ，窒化ホウ素(BN)ナノチューブ，二硫化モリブデン(MoS2) ナノチューブを同軸状に組み合わせたヘテロナノチューブの合成についての論文が発表され，本研究代表者は共著者の一人となっている．しかしながら，ヘテロナノチューブや，特にその構成要素であるMoS2 ナノチューブの物性は未解明な点が多く残されている．そこで本年度は，主にMoS2 ナノチューブについての研究をおこない，その新たな物理的性質を明らかにした．
MoS2は，単層で原子3つ分の厚さしかないナノ物質であり，半導体材料として期待される．単層の場合にフォトルミネッセンス(PL)などの発光が特徴となっている一方で，円筒状のナノチューブとなった場合発光しないことが定説であった．近年まで実験的報告がなく，理論的な計算から従来は基本的に間接バンドギャップ半導体であると考えられてきたことがその理由である．しかし，BNナノチューブと単層 MoS2ナノチューブのヘテロナノチューブから，MoS2ナノチューブ由来の直接バンドギャップによるPLが実験的に観察され，先行する理論研究と整合しないことが問題となった．
本プロジェクトでは，従来よりも広い直径範囲に対して MoS2ナノチューブの電子構造を計算し，直径約 5.2 nm 以上のナノチューブに関しては直接バンドギャップを持ち，発光の可能性を理論的に示した．将来的な発光デバイスへの応用も期待できる成果と言える．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(13 results)
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[Journal Article] Photoluminescence from Single-Walled MoS2 Nanotubes Coaxially Grown on Boron Nitride Nanotubes2021
Author(s)
Ming Liu, Kaoru Hisama, Yongjia Zheng, Mina Maruyama, Seungju Seo, Anton Anisimov, Taiki Inoue, Esko I. Kauppinen, Susumu Okada, Shohei Chiashi, Rong Xiang, and Shigeo Maruyama
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 15
Issue: 5
Pages: 8418-8426
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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