2007 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理計算手法を用いたナノグラフェン・デバイスの理論設計
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19310094
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
草部 浩一 Osaka University, 基礎工学研究科, 准教授 (10262164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若林 克法 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (50325156)
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| Keywords | グラフェン / ナノグラファイト / 炭素材料 / FET / 電子デバイス / 量子伝導現象 / 物質設計 / 第一原理電子状態計算 |
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| Research Abstract |
ナノメータスケールにあるグラフェン構造を活用した電子デバイスの設計を、新たに作成された第一原理理論シミュレーションの方法によって機能予測することで行なった。まず、密度汎関数法に基づく第一原理計算手法において、長距離及び短距離電子相関効果を扱うために手法開発を行なった。高速化したファンデルワールス密度汎関数法の平面波基底展開法コードヘインプリメンテーションを行なった。また、炭素系のスピン構造を特定できる多配置参照密度汎関数法を作成した。FET構造を形成した場合の伝導度評価を行なうために、第一原理伝導度評価プログラムを導入して巨大芳香族分子・金ワイヤー界面での伝導度評価を行なった。また、ニッケルのブレークジャンクション上にグラフェンを配置して、さらにフッ素化処理等を行なうことで、グラファイト・エッジ状態が発生するナノグラフェン・デバイス構造を理論設計して、特異な共鳴トンネル現象があることを理論予測した。
ジグザグ端をもつグラフェンリボンにおいて、ポテンシャル変動による乱れが発生しているデバイス構造においても、完全伝導チャンネルが存在することを理論的に確認して、その伝導特性をシミュレーションによって明らかにした。特に、長い到達距離をもつポテンシャル散乱の効果が、原子欠損等の原子スケールでの乱れと対称性の点から区別されることを明らかにして、伝導度変化におけるクロスオーバー現象を見いだした。グラフェンリボンにおけるエッジ状態発生とそれに伴う特異な伝導現象の発生を総合的に議論して、各種国際会議や国内外誌において発表を行なった。
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