軽元素からなる積層原子膜の電子伝導現象の解明と超高効率電子輸送デバイス設計
Project/Area Number |
21K04876
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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Research Institution | Kyushu University |
Principal Investigator |
藤本 義隆 九州大学, 工学研究院, 特任准教授 (70436244)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | 原子膜系物質 / グラフェン / 窒化ホウ素 / ナノチューブ / 第一原理輸送計算 / 原子膜物質 / h-BN / 第一原理電子輸送計算 / 二次元系原子膜 / 量子輸送特性 / 第一原理計算 |
Outline of Research at the Start |
グラファイトの一原子層であるグラフェンは、優れた電気伝導性を有することが知られています。しかしながら、グラフェンを電子デバイスなどに利用する場合、グラフェンは周囲の環境から影響を受け、その本来持つ優れた特性を十分に活用することができません。本研究では、グラフェンと窒化ホウ素膜を組み合わせた複合原子膜を用いることで、グラフェンの特性の向上を目指します。そして、次世代型の高性能電子デバイス開発に向けた知見を提示します。
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Outline of Annual Research Achievements |
前年度においては、グラフェンの基板材料として用いられる軽元素物質である窒化ホウ素原子膜の構造安定性と電子構造を調べ、窒化ホウ素原子膜が低損失伝導チャネルとして有用な物質であることが分かった。本年度は、窒化ホウ素ナノチューブの原子構造、電子構造及び輸送特性に関して研究を行った。特に、窒化ホウ素ナノチューブを用いた半導体デバイスの伝導チャネルとしての基礎物性を明らかにするとともに、高効率輸送デバイスを設計するための指針を獲得することを目的として、窒化ホウ素原子膜研究を展開した。ここでは、二層系窒化ホウ素ナノチューブに関する研究を行った。二層系チューブには、ナノチューブの選び方に任意性があるため、バンドオフセットがチューニングされる様にそれぞれのチューブを選んだ。また、二層系ナノチューブには、外側と内側の2種類のチューブが存在するが、それぞれに、不純物をドープした。得られた結果は、次の通りとなる。二層系ナノチューブのバンドギャップは、それぞれの単層チューブのバンドギャップよりも小さくなった。単層のチューブに不純物をドープした場合よりも、二層系チューブにドープした方が、不純物状態は浅い。二層系チューブにおいては、外側のチューブに不純物をドープした場合の方が、内側のチューブにドープした場合よりも浅い不純物状態が出現することが分かった。更に、二層ナノチューブの輸送特性について調べた。内側のチューブに不純物がドープされた場合は、輸送効率は、最大で40%程度低下する。一方、外側のチューブに不純物がドープされた場合、輸送効率は低下することなく、ほぼ100%を保つことが分かった。このことから、不純物が外側にドープされたチューブを持つ二層ナノチューブは、エネルギー輸送効率の極めて高いデバイス材料として有用であることが予想される結果を得た。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
軽元素で構成される原子膜物質群を用いた高効率電子輸送デバイスのメカニズムを明らかにしたため。
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Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、これまでに得られた知見を用いて、輸送効率の高いデバイスを実現するために、構造特性や機能を明らかにしていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Chemical stability of hydrogen boride nanosheets in water2021
Author(s)
Kurt Irvin Rojas, Nguyen Thanh Cuong, Hiroaki Nishino, Ryota Ishibiki, Shin-ichi Ito, Masahiro Miyauchi, Yoshitaka Fujimoto, Satoshi Tominaka, Susumu Okada, Hideo Hosono, Nelson Jr., Arboleda, Takahiro Kondo, Yoshitada Morikawa, Ikutaro Hamada
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Journal Title
Communications Materials 2 (2021) 81. (8 pages)
Volume: 2
Issue: 1
Pages: 1-8
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Substitutional doping from boron to carbon in hydrogen boride sheets2021
Author(s)
R. Kawamura, R. Ishibiki, Y. Fujimoto, T. Goto, S. Ito, T. Fujita, T. Tokunaga, M. Miyauchi, S. Iimura, A. Yamamoto, D. Umeyama, S. Tominaka, S. Saito, H. Hosono, T. Kondo
Organizer
MRM Meeting 2021
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R. Kawamura, R. Ishibiki, Y. Fujimoto, T. Goto, S. Ito, T. Fujita, T. Tokunaga, M. Miyauchi, S. Iimura, A. Yamamoto, D. Umeyama, S. Tominaka, S. Saito, H. Hosono, T. Kondo
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science
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