2020 Fiscal Year Annual Research Report
Adhesion process of a graphene nanomechanical switch and its optical control
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17K05105
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
乾 徳夫 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (70275311)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / ナノメカニカルスイッチ / カシミール力 / 凝着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンを可動電極とするナノ機械式スイッチの実現において解決すべき問題の一つがカシミール力による固定電極への凝着である．高密度かつ低消費電力のデバイスを作製しようとした場合，可動電極と固定電極の間隔が狭くなり，大きなカシミール力が作用する結果，凝着がおこる．この問題を解決するためには，カシミール力の高精度な計算方法の確立と，カシミール力を低減する方法の開発である．これらに関して3つの研究成果を得た．
(1) グラフェンに作用するカシミール力の計算は複雑であるため，連続体近似が行われるが，分子動力学計算との親和性が低い．一方，レナード・ジョーンズ型のポテンシャルで近似した場合，多体効果，特に非加算性が正確に計算できない．そこで，後者の方法を基本に多体効果を考慮したカシミール力の計算を行い，サイズ依存性を明らかにした．(論文1)
(2) 通常，カシミール力は引力であり，その結果，凝着を引き起こす．したがって，カシミール力を斥力に反転でれば，凝着の予防になる．しかし，真空中で斥力となる物質の組み合わせは発見されていない．そこで，その一つの候補として方向二色性物質に注目した．カシミール力は真空が有する電磁場のゼロ点振動が物質との相互作用により変化することで生じ，物質の反射率がカシミール力の大きさを決める．方向二色性物質は入射方向によって反射率が異なる．特に磁場中のメタホウ酸銅は著しい異方性を示す．そこで，メタホウ酸銅の有するマルチフェロイックスの性質を有する二準位原子系を考え，光の入射方向の違いによる運動量変化を計算した．(論文2)
(3) グラフェンが有する特徴の一つが反磁性であり，既存物質の中では，ビスマスに次いで大きな反磁性を有し，磁場中では斥力を生じる．水中に分散したグラフェンに磁場を印加し，その挙動を暗視野顕微鏡で観察し磁場の強度により，配向が変化することを見出した
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