2021 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) |
豊田 雅之 東京工業大学, 理学院, 助教 (30536587)
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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | グラフェン / 半導体 / 電子構造計算 / STM |
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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、既に詳しい知見が得られていた六方晶、長方晶の周期で構造修飾されたグラフェンに加えて、今年度は蜂の巣格子の周期で構造修飾されたグラフェン系について、詳細な研究を展開した。この系は、ブラベー格子としては六方晶であるが、いわゆる単位胞内に２箇所、構造修飾が施されている。三角形状に原子を取り去る構造修飾を施した場合、半導体としてのバンドギャップ値の取り去った原子数への依存性が、単純な六方格子の場合と蜂の巣格子で全く異なることが判明した。即ち、単純な六方格子を含むこれまでの周期構造修飾の理論研究の結果から、取り去った原子数の平方根にバンドギャップ値は比例すると考えられてきたが、今回の系では逆に反比例する、という結果が得られた。より小さな構造修飾によりより大きなバンドギャップ値が得られるという、大変興味深い結果であり、グラフェンの周期構造修飾の重要性と多様性を明確に示す好例と考えられる。
さらに、半導体グラフェンがCu基板上で作成された場合、STM/STS実験でどのような像および電流電圧特性が観測されるかのシミュレーションを実施した。その結果、通常の金属的なグラフェンの場合とは明確に異なる結果となることが判明した。今後、Cu基板上でのグラフェンの半導体化の実験研究の展開が想定されるが、金属的な基板上でもグラフェンの半導体化に関して、その成否を判断する良い指針となると期待される結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
２次元系に周期構造修飾を施す場合、いわゆるブラベー格子は５種のみであり、それぞれにおいて半導体的となる場合のギャップ値の系統的な変化を求めることが主要な理論研究展開と考えていたが、蜂の巣格子など、多様な格子でそれぞれ特徴的な電子構造変化を示すことが明らかとなった。そのため、本分野における今後の研究展開にさらなる多様性が期待される状況となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフェンに施す周期構造修飾について、より広範囲に渡る電子構造予測研究を展開し、実験研究のターゲットを明確にしていく。
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[Journal Article] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K. Miyazaki, L. Li, S.L. Shinde, M.S.L. Lima, T. Sakurai, E. Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K. Watanabe, S. Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono and T. Kondo
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Journal Title
Journal of the Materials Chemistry A
Volume: 9
Pages: 24631-24640
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 可変バンドギャップを持つ硫化ホウ素ナノシートの生成と評価2022
Author(s)
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K. Miyazaki, L. Li1, S. S. Laxman, T. Sakurai, E.Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K.Watanabe, S.Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono, T. Kondo
Organizer
第14回 日本ホウ素・ホウ化物研究会
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[Presentation] Substitutional doping from boron to carbon in hydrogen boride sheets2021
Author(s)
Riku Kawamura, Ryota Ishibiki, Yoshitaka Fujimoto, Taiga Goto, Shin-ichi Ito, Takeshi Fujita, Tomoharu Tokunaga, Masahiro Miyauchi, Soshi Iimura, Akiyasu Yamamoto, Daiki Umeyama, Satoshi Tominaka, Susumu Saito, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science ~Toward Sustainable Development~
Int'l Joint Research
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[Presentation] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K. Miyazaki, L. Li, S. S. Laxman, T. Sakurai, E. Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K. Watanabe, S. Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono, T. Kondo
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science ~Toward Sustainable Development~
Int'l Joint Research
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[Presentation] Van Hove Singularity in Thickness Controlled Li-Intercalated Graphene2021
Author(s)
S. Ichinokura, M. Toyoda, M. Hashizume, K. Horii, S. Kusaka, S. Ideta, K. Tanaka, R. Shimizu, T. Hitosugi, S. Saito, and T. Hirahara
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science ~Toward Sustainable Development~
Int'l Joint Research
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[Presentation] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K. Miyazaki, L. Li, S. L. Shinde, T. Sakurai, E. Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K. Watanabe, S. Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono, T. Kondo
Organizer
MRM2021 Materials Research Meeting
Int'l Joint Research
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