2008 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ構造体の変形ダイナミックスと電子物性に関する理論的研究
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20540394
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
長谷川 正之 Iwate University, 工学部, 特任教授 (00052845)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西館 数芽 岩手大学, 工学研究科, 准教授 (90250638)
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 断面変形 / 第一原理電子構造計算 / 半導体-金属転移 / 電荷移動 / ナノセンサー / 量子井戸 |
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| Research Abstract |
カーボンナノチューブの変形挙動とその安定性、変形に伴う半導体-金属転移等の電子物性変化の様相、及びこれらの現象を利用したデバイス応用の可能性について、モデル理論及び第一原理電子構造計算の手法を用いた研究を行い, 以下の点を明らかにした。
単層ナノチューブの断面変形については、断面の直径が2.1ナノメートル以下の細いチューブの変形は全領域で弾性的であるが、それより太いチューブの断面変形は塑性的となり、変形したチューブが安定化する。また、断面変形に伴って起こる電子転移のメカニズムと様相には普遍性がある。すなわち、いわゆるジグザグ・ナノチューブは半導体であるが、その太さや全体的な変形の大きさに関わりなく、断面の局所的な最大曲率が一定値以上になると金属に転移する。また、金属的なアームチェア・ナノチューブでは、断面変形の増大によ、って最小面問距離がグラファイトの層間距離程度になると半導体に転移する。さらに、ナノチューブが基板上あるとき、仕事関数の違いを反映した電荷移動が起こり、ナノチューブの電子物性はその影響を受ける。金を基板として用いたときには, 電荷移動はホール型であり, 変形により半導体に転移したナノチューブも金属的になる。この結果は最近の実験と整合している。電荷移動による電子物性制御については、今後系統的な検討を行う。
弾性変形領域で起こるこれらの電子的な転移は機械的ナノセンサーに応用が期待される。「また、変形が安定化される場合には、一本のチューブを断続的に変形させることにより、連続的に連なる量子井戸を作成できる可能性がある。さらに、基板物質の利用は多くの実験及び応用において避けられないが、その選択に対して一つの重要な指針を与えた。
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