2011 Fiscal Year Annual Research Report
大規模量子伝導シミュレーション法の開発とナノカーボン・有機薄膜系への応用
| Project/Area Number |
22810003
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
石井 宏幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)
|
|---|
| Keywords | 伝導理論 / 時間依存 / 波束ダイナミクス / 分子動力学 / カーボンナノチューブ / グラフェン / 有機半導体 |
|---|
| Research Abstract |
カーボンナノチューブやグラフェン、ペンタセン有機半導体は全て、ベンゼン環を基本要素とする巨大分子系である。それにも関わらず、その伝導物性は、分子構造の違いを反映して弾道・拡散・熱的ホッピングなどと多岐にわたっている。そこで、申請者が開発した電子波束ダイナミクスと分子動力学を連立して解く「時間依存波束拡散法」を用いて、カーボンナノチューブ、グラフェン、有機半導体の伝導機構の違いを原子スケールの違いから明らかにすることが本研究課題の目的であった。
研究代表者は、カーボンナノチューブに対して確立された「時間依存波束拡散法」を2次元系へと拡張し、エッジラフネスのある1次元グラフェンナノリボンから2次元グラフェンシートへの伝導物性の連続的変化(拡散伝導～弾道伝導)などを調べ、その支配的な散乱原因などを明らかにしてきた。さらに、この手法に、ポーラロン効果を取り込み、有機半導体において重要な結晶格子歪みを伴う電子伝導の計算を可能にした。この新手法の確立によって、電子-フォノン散乱とポーラロン効果、さらに不純物散乱などを同時に扱うことが可能となり、実験結果と定性的にも定量的にも比較することができるようになった。これは世界的にも他に類の無い初めての計算法と言える。これを用いて、カーボンナノチューブと有機半導体のキャリア伝導機構の違いや、有機半導体に特有な移動度の温度依存性などを数値的に明らかにした。ここで得られたキャリア伝導機構に関する知見は、有機半導体デバイスの実用化を目指す際に課題となる移動度の向上にも非常に有益なものである。
|
