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2019 Fiscal Year Research-status Report

グラフェンの欠陥エンジニアリングと新機能探索

Research Project

Project/Area Number 17K05053
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

藤本 義隆  東京工業大学, 理学院, 研究員 (70436244)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsグラフェン / 第一原理計算 / 電子輸送現象 / センサーデバイス
Outline of Annual Research Achievements

二層系グラフェンは、グラフェン間の相互作用によって生じる、単層グラフェンとは異なる新たな電子物性の出現が期待される。さらに、二層系グラフェンには、積層の違いによって様々な構造が存在することが予想され、それとともに豊かな物性が現れることが期待される。実際、二層系グラフェンでは、主な三種類の積層パターンが観測されている。本年度では、これら三種類の積層パターンを有する二層系グラフェンに関して、グラフェンの電子輸送現象と環境汚染分子の吸着特性に関する研究を行った。その結果、環境汚染分子の吸着エネルギーや結合距離などの吸着特性は、二層系グラフェンの積層パターンに依存することなく、ほとんど同じ結果を示すことが分かった。そのため、ホウ素ドープ二層系グラフェンは、積層パターンに依存せず、大気中で窒素酸化物分子だけを強く吸着することが分かった。一方、二層系グラフェンの電子の輸送特性は、積層パターンに依存した特有の振る舞いを示すことが分かった。また、三種類すべての積層パターンにおいて、ゼロエネルギーで二層系グラフェンは有限の伝導度を持つことが分かった。さらに、二層系グラフェンの電気伝導度は、一酸化窒素分子や二酸化窒素分子が吸着することで、低電圧領域において比較的大きく変化することが明らかになった。そのため、ホウ素ドープ型二層系グラフェンは、省電力で駆動可能なセンサーデバイスとして利用できる物質であることが期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度では、二層系グラフェンの電子輸送現象と環境汚染分子の吸着特性に関して積層依存性を調べた。その結果、ホウ素ドープされた二層系グラフェンは、省電力駆動センサーデバイス材料として有用であることを明らかにできたため。

Strategy for Future Research Activity

今後の方針として、さらに積層グラフェンの層間相互作用と、電子構造および輸送現象との関係を明らかにするとともに、それらを利用した電子デバイス応用に関する研究を展開する。

Causes of Carryover

国際会議の招聘による会議参加登録費等が減免されたことにより、本年度に予定していた支出を抑えられたため。
今後の使用計画として、主に研究を遂行するための計算機利用料と研究成果を公表するために使用する。

  • Research Products

    (19 results)

All 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Atomic structures and scanning tunneling microscopy of nitrogen-doped carbon nanotubes2020

    • Author(s)
      Y. Fujimoto and S. Saito
    • Journal Title

      IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

      Volume: 744 Pages: 012032_1-5

    • DOI

      10.1088/1757-899X/744/1/012032

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] STM visualization of carbon impurities in sandwich strucutres consisting of hexagonal boron nitride and graphene2019

    • Author(s)
      T. Haga, Y. Fujimoto and S. Saito
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Pages: SIIB03_1-4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab0ff8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structure and scanning tunneling microscopy images of heterostructures consisting of graphene and carbon-doped hexagonal boron nitride layers2019

    • Author(s)
      T. Haga, Y. Fujimoto and S. Saito
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Pages: 125403_1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.125403

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Theory of electron transport in graphene and sensing device applications2020

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      3rd Workshop of Defect Functionalized Sustainable Energy Materials: From Design to Devices Application
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェン上の分子の吸着特性と電子物性2020

    • Author(s)
      藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
  • [Presentation] First-principles electronic-structure study of stabilities and electronic properties of trilayer h-BN2020

    • Author(s)
      芳賀太史、松浦雄斗、藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      第58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
  • [Presentation] Molecular adsorption and electronic properties of doped graphene for sensor applications2019

    • Author(s)
      Y. Fujimoto and S. Saito
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic properties of graphene/C-doped h-BN heterostructures2019

    • Author(s)
      T. Haga, Y. Fujimoto, and S. Saito
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] New Method for First-principles Electronic-structure study of Impurity Induced States and its Application to Diamond and Cubic BN2019

    • Author(s)
      H. Yamashita, T. Haga, Y. Fujimoto, and S. Saito
    • Organizer
      Material Research Meeting 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] First-principles theoretical design of graphene-based sensor applications2019

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      3rd International Conference on Mechanical Engineering and Applied Composite Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Conductivity and Molecular adsorptions in graphene2019

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      2nd Workshop of Defect Functionalized Sustainable Energy Materials: From Design to Devices Application Workshop
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular adsorption and electronic properties of doped graphene2019

    • Author(s)
      Y. Fujimoto and S. Saito
    • Organizer
      The 11th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adsorption of molecules and electronic properties of graphene: A first-principles study2019

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      Tokyo Institute of Technology and Stony Brook University Joint Science and Technology Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] STM visualization of carbon impurities in graphene/h-BN heterostructures2019

    • Author(s)
      T. Haga, Y. Fujimoto, and S. Saito
    • Organizer
      Tokyo Institute of Technology and Stony Brook University Joint Science and Technology Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic structures and STM images of molecules and defects in graphene and rutile TiO2(110) surface2019

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      Defect Functionalized Sustainable Energy Materials: From Design to Devices Application Workshop
  • [Presentation] 複数層h-BNの不純物の電子構造2019

    • Author(s)
      芳賀太史、藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] h-BN膜におけるドナーとアクセプターのイオン化エネルギーの高精度計算推定2019

    • Author(s)
      芳賀太史、藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      第33回ダイヤモンドシンポジウム
  • [Presentation] 密度汎関数理論に基づく不純物状態の新たな高精度計算手法とダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素に対する応用2019

    • Author(s)
      山下 寛樹、芳賀太史、藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      第33回ダイヤモンドシンポジウム
  • [Book] Sustainable Materials for Next Generation Energy Devices2020

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Total Pages
      -
    • Publisher
      Elsevier

URL: 

Published: 2021-01-27  

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