2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design and production of the semiconducting graphene
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19H01823
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
齋藤 晋 東京工業大学, 理学院, 教授 (00262254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 博之 東京工業大学, 理学院, 教授 (60271582)
橋詰 富博 東京工業大学, 理学院, 特任教授 (70198662)
豊田 雅之 東京工業大学, 理学院, 助教 (30536587)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | グラフェン / 第一原理電子構造計算 / STM / 周期構造修飾 / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
精密な第一原理電子構造計算に基づいて半導体的なバンド構造を持つと予測される、各種の周期的構造修飾されたグラフェン系の設計研究を展開し、六方晶の周期で構造修飾された系について、(1)どの様なパターンの場合に半導体となるか、(2)バンドギャップ値が構造修飾の周期の関数としてどの様に変化するか、(3)導入する修飾構造の大きさ（「穴」の直径など）の関数としてバンドギャップ値がどのように変化するか、についてかなり詳しい知見が得られた。そして、六方晶以外の２次元ブラベー格子の周期での周期構造修飾についても、幾つか詳しい電子構造が得られた。そして、各種の２次元結晶に相当する周期で研究を網羅的に行った場合の電子構造予言もなされた。
また、今後、半導体化されたグラフェンを用いたデバイス設計の際に課題となる、原子膜物質の伝導特性の第一原理に基づく定量的予測手法の研究も実施した。通常のグラフェンの場合のゲート電圧に関する伝導特性変化が良く再現される結果が得られた。
他方、グラフェン膜への周期構造修飾実験では、STMを用いた周期的な原子引き抜き実験を実施し、構造改変部分の形状の制御・精密化に向けた実験条件（温度、電場、探針とグラフェン面との距離など）のさらなる最適化を進めた。また、「穴」を開ける以外の周期構造修飾の方法として、グラフェン薄膜に異種原子を周期的にインターカレートする方法も検討し、有力な方法であることが確かめられた。さらに、イオンビームを用いる実験研究についても、検討を進めることとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
第一原理電子構造計算に基づく理論研究面では、様々な周期構造修飾されたグラフェン系の電子構造をかなりの高精度で計算できていると判断される状況である。さらに、実際の原子膜物質系で期待される電子輸送特性の予測研究も可能となった。実験研究でも、実際にグラフェンの周期構造修飾実験が開始されており、今後の展開が待たれる状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの六方晶に加えて他の2次元ブラベー格子に属する周期構造修飾によるグラフェンのバンド構造エンジニアリング研究を展開する。実験的には、STM実験などに加えてイオンビームなどを用いた周期構造修飾を目指す。
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