2019 Fiscal Year Annual Research Report
Inter-layer interaction and electron transport in new atomi-layered matters
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16K05412
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
中西 毅 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, ラボ長 (00301771)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 良之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (70500784)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 原子層材料 / 電子状態計算 / 第一原理計算 / 第一原理分子動力学計算 / トポロジカル絶縁体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究では原子層物質間の層間相互作用を第一原理計算を専門とする分担者と協力しながら有効質量近似により取り扱い、単層、複数層の電子状態と電気伝導特性、ヘテロ接合における面間、面内の電気伝導など、原子層の電気伝導理論の構築を目的としている。そのうち、今年度は連携研究者（産業技術総合研究所 機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター 森下徹也主任研究員）と協力し2層GaN原子層の層状構造の安定構造を、密度汎関数理論に基づく第一原理分子動力学シミュレーションにより研究した。特に、2層GaN原子層の水素終端による影響を調べた。その結果、水素濃度により最安定構造が変化しうることを示した。
また研究分担者は、時間依存第一原理計算により、グラフェンシートによるレーザー電場増強効果とそれによる水分解の高効率化をシミュレーションで示し、さらにカーボンナノチューブを用いるとさらに増強効果が強まり水分解が進む可能性を指摘した。この結果を、国際会議NT19の招待講演で発表した。生成速度が速いレーザー水分解は、エネルギー効率が低い欠点があるが、それを改善するためレーザー光の増幅が必要である。金による増幅効果が報告されているが、本研究ではカーボンナノチューブを光増幅に利用できることをシミュレーションで紹介した。
３次元高次トポロジカル絶縁体の理解を深めるため、２次元高次トポロジカル絶縁体間の層間相互作用を可変パラメータとして導入した理論を構築し、新たに３次元高次トポロジカル半金属体相を提案した。
連携研究者は、Ag(111)表面上のシリセンの分子吸着・反応過程を、密度汎関数理論に基づく第一原理分子動力学計算により検証した。その結果、SO2とNO2は化学吸着である一方、H2Sは物理吸着であることがわかった。また、NO2は吸着時に分子解離し、NO分子を排出することもわかった。
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