2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K22323
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
高 燕林 筑波大学, 数理物質系, 助教 (50847051)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノ炭素物質 / 電界効果 / ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高効率な電界電子放出源の候補であるグラフェンやカーボンナノチューブ(CNT)等のナノ炭素物質に注目し、量子論に立脚した計算物質科学の手法を用いて、電界放出時に発生する、種々のナノ炭素物質やそれらと異種物質からなる複合系の構造ダイナミクスの理論解明を行う。
その結果、アームチェア端が極めて高い電流密度を与えることと、電流密度が電界強度に比例することを明らかにした。さらに、放出電流密度のグラフェン端に吸着した官能基依存性について調べ、OHやNHといった双極子を有する官能基吸着による電界放出電流密度の増加を予言した。グラフェン薄膜からの電流密度については、薄膜からの電界放出電流密度は、単層グラフェンからの電流密度より増大することを示し、さらに、端のずれやアームチェア型の端からの電流密度が高いことを明らかにした。
また、電界イオン顕微鏡におけるイオンダイナミクスの微視的理解のため、正電界下でのグラフェンの端周辺のNe原子のダイナミクスを解析した。その結果、イオンの初期位置、グラフェンの端形状に強く依存することが明らかになった。具体的には、もしイオンがグラフェン端直上に位置している場合、イオンは初めグラフェン側にアプローチし、アームチェア端の側面に位置する時は対向電極へアプローチ、ジグザグ端側面の場合は初期位置にとどまる傾向がある。これらは、電場によりイオンとグラフェンに誘起された分極の影響であることが明らかになった。
さらに、二層グラフェンの電界効果キャリア蓄積現象の積層構造、電界強度、ドープキャリア濃度の観点からの解析、五員環と六員環からなる二次元新奇炭素ネットワークの物質設計、h-BNとグラフェン複合系の電界下の電子物性の解析、ダイヤモンドナノワイヤの構造と電子特性の解明も行った。
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