グラフェン量子素子デバイスの理論的創成

• Project Area: Science of Atomic Layer Systems
• Project/Area Number: 26107526
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 草部 浩一 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10262164)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: グラフェン / 量子デバイス / 量子エンタングルメント / 単一光子観測 / 量子ダイナミクス

Outline of Annual Research Achievements

我々は、ナノグラフェン構造中でディラック点直上に発生する空間局在性非結合性電子軌道を、欠陥局在型ゼロモード(VZM)と同定した。水素化原子欠損を中央にもつアームチェア端・六角ナノグラフェン構造(VANG)には、ディラック状態の一種であるゼロエネルギー状態がVZMと縮退して発生することを、代数的方法により証明した。構造を理論的完全同定したVANGには、強相関効果によるシングレット基底状態が発生する。強結合模型と密度汎関数法を併用してVANGのシングレット基底状態はグラフェン原子欠陥上に発生する近藤状態と同一視されることを示した。VANGは系統的にサイズを変更できる。軌道上クーロン相関エネルギー(ハバード相互作用U)を決定して、系のサイズに依存した電子相関効果の発生を示し、超交換相互作用型交換散乱項を理論評価して0.1eV程度に達しうる交換相互作用の存在を結論した。VANGを保持した基板上で電界効果ドーピングを行えば、化学ポテンシャル依存性から近藤クロスオーバーの制御法が結論される。原子欠損グラフェン類似構造として複数の端の形状をもつナノグラフェン分子を検討し、端局在型ゼロモードとVZMの同時発生を予言し、局所量子スピンを構造の中央と端に形成できることを示した。さらに、原子状水素の吸着構造と電子移動の評価から、水素吸着・脱離反応活性化法として、電界効果ドーピングによる脱離活性障壁減少効果、ナノグラフェンの幾何学的変調による水素炭素間電子移動量変調効果を検討した。この成果を利用した水素吸着・脱離反応促進方法をまとめ、平成２８年度からの新学術領域における公募研究に採択された。ナノダイヤモンドの表面形成量子スピンにおける近藤効果の重要性について検討し、ナノグラフェン中の近藤状態を通した量子情報処理デバイスの理論創成に関する本研究成果をさらに発展させている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Systematic study of the effect of H adsorption on the rate of electron transfer in graphene (2016)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, Isao Maruyama, Koichi Kusakabe
  • Journal Title: Journal of Computational and Theoretical Nanoscience Volume: 13
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dissociation-chemisorption pathways of H2 molecule on graphene activated by a hydrogenated mono-vacancy V11 (2016)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, Isao Maruyama, Koichi Kusakabe
  • Journal Title: Journal of Advanced Science, Engineering and Medicine Volume: 8
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Role of edge geometry and chemistry in the electronic properties of graphene nanostructures (2014)
  • Author(s): S. Fujii, M. Ziatdinov, M. Ohtsuka, K. Kusakabe M. Kiguchi, T. Enoki
  • Journal Title: Faraday Discussions Volume: 173 Pages: 173-199
  • DOI: 10.1039/c4fd00073k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direct Imaging of Monovacancy-Hydrogen Complexes in a Single Graphitic Layer (2014)
  • Author(s): M. Ziatdinov, S. Fujii, K. Kusakabe, M. Kiguchi, T. Mori, and T. Enoki
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 89 Issue: 15 Pages: 155405-155405
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.155405
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Storing-hydrogen process on graphene activated by atomic-vacancy (2016)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, Isao Maruyama, Koichi Kusakabe
  • Organizer: 1st International Conference on Advanced Energy Materials
  • Place of Presentation: University of Surrey (Guildford, England)
  • Year and Date: 2016-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] グラフェン点欠陥ゼロモードに対する代数的表現の存在証明 (2016)
  • Author(s): 森下直樹, 草部浩一, 宮尾哲亮, Gagus Ketut Sunnardianto
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] 強相関電子系における輻射をともなうエキシトンダイナミクス (2016)
  • Author(s): 松下剛, 草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-20
• [Presentation] Electron state calculation of the topological zero mode at a graphene point defect (2015)
  • Author(s): N. Morishita, G. K. Sunnardianto and K. Kusakabe
  • Organizer: International Symposium on Present and Future of Material Sciences
  • Place of Presentation: Osaka University (Osaka, Japan)
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The rule of charge transfer rate of hydrogenated graphene and its possible applications (2015)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, Koichi Kusakabe
  • Organizer: International Symposium on Present and Future of Material Sciences
  • Place of Presentation: Osaka University (Osaka, Japan)
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Exciton dynamics producing photon emission in strongly correlated electron systems (2015)
  • Author(s): Goh Matsushita, Koichi Kusakabe
  • Organizer: International Symposium on Present and Future of Material Sciences
  • Place of Presentation: Osaka University (Osaka, Japan)
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Correlation enhanced localization of the graphene zero mode inducing the Kondo effect (2015)
  • Author(s): Koichi Kusakabe
  • Organizer: International Symposium on Present and Future of Material Sciences
  • Place of Presentation: Osaka University (Osaka, Japan)
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study the effect of B and N doping on the charge transfer rates of hydrogenated graphene (2015)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, Naoki Morishita, Isao Maruyama, Koichi Kusakabe
  • Organizer: 7th International Conference on Recent Progress in Graphene Research
  • Place of Presentation: Mantra Resort (Lorne, Australia)
  • Year and Date: 2015-10-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ディラック型演算子の波数依存変換とトポロジカル・ハイパー・グラファイト (2015)
  • Author(s): 草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] グラフェン点欠陥ゼロ・モードにおける局所磁化率の温度依存 (2015)
  • Author(s): 森下直樹、G. K. Sunnardianto、丸山勲、草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2015-09-18
• [Presentation] Temperature dependence of momentum distribution in a correlated Dirac sea with the zero mode of a hydrogenated graphene vacancy V111 (2015)
  • Author(s): N. Morishita, G. K. Sunnardianto, K. Kusakabe, I. Maruyama, K. Takai and T.Enoki
  • Organizer: The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Nagoya University (Nagoya, Japan)
  • Year and Date: 2015-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of the effect of H adsorption morphology on the rate of electron transfer in graphene (2015)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, Koichi Kusakabe
  • Organizer: The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Nagoya University (Nagoya, Japan)
  • Year and Date: 2015-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A theoretical proof for electrically enhanced desorption of hydrogen chemisorbed on graphene (2015)
  • Author(s): K. Kusakabe, G. K. Sunnardianto, N. Morishita, T. Enoki, K. Takai and I. Maruyama
  • Organizer: The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Nagoya University (Nagoya, Japan)
  • Year and Date: 2015-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Strong exchange scatterings of low-energy quasi-particles at the Dirac point by the zero mode of graphene (2015)
  • Author(s): N. Morishita, G. K. Sunnardianto, K. Kusakabe, I. Maruyama, K. Takai and T.Enoki
  • Organizer: Sixth Graphene and 2D Materials Satellite Symposium
  • Place of Presentation: Nagoya University (Nagoya, Japan)
  • Year and Date: 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] グラフェン水素化原子欠陥V111の近藤効果に関する電子状態評価 (2015)
  • Author(s): 森下直樹，Gagus Ketut Sunnardianto，草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学、東京
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 秩序変数距離が収束する電子模型列の極限存在定理 (2015)
  • Author(s): 草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学、東京
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Theoretical Modeling of A Bias‐controlled Kondo System in A Hydrogenated Graphene Vacancy (2014)
  • Author(s): K. Kusakabe
  • Organizer: 6th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2014)
  • Place of Presentation: Convention center, Howard international house, Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-25
• [Presentation] Potential Energy Surface for Hydrogenation Reaction of a Graphene Vacancy (2014)
  • Author(s): Gagus Sunnardianto, Koichi Kusakabe, Isao Maruyama, Yasuhiko Kudo, Kazuyuki Takai, Toshiaki Enoki
  • Organizer: 6th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2014)
  • Place of Presentation: Convention center, Howard international house, Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-25
• [Presentation] 水素化グラフェン原子欠損のモデル形成とCT-HYB-QMCによる電子状態評価 (2014)
  • Author(s): 森下直樹，Gagus Ketut Sunnardianto，丸山勲，草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、愛知
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 秩序変数を用いた距離定義を通した収束電子模型列形成の理論 (2014)
  • Author(s): 草部浩一
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、愛知
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Switching processes of vacancy-induced graphene zero modes by hydrogenation (2014)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto，Isao Maruyama，Koichi Kusakabe
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、愛知
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Charge transfer and potential energy surface construction for hydrogenated graphene vacancy using the electronic structure calculations (2014)
  • Author(s): Gagus Ketut Sunnardianto, 草部浩一, 丸山勲
  • Organizer: 九州表面真空研究会2014
  • Place of Presentation: 福岡教育大学、福岡
  • Year and Date: 2014-06-07
• [Presentation] グラフェン上水素化欠損における近藤状態のバイアス制御に関する理論研究 (2014)
  • Author(s): 草部浩一, Gagus Ketut Sunnardianto, 森下直樹, 丸山 勲
  • Organizer: 九州表面真空研究会2014
  • Place of Presentation: 福岡教育大学、福岡
  • Year and Date: 2014-06-07
• [Remarks] 草部研究室／研究業績
  • URL: http://www.artemis-mp.jp/achievements.htm
• [Remarks] 大阪大学大学院基礎工学研究科 草部研究室
  • URL: http://www.artemis-mp.jp/index.html