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2013 Fiscal Year Research-status Report

グラフェン・ナノ構造の電気伝導

Research Project

Project/Area Number 24540339
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

中西 毅  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 研究グループ長 (00301771)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安藤 恒也  東京工業大学, 理工学研究科, 特命教授 (90011725)
Keywordsグラフェン / 有効質量理論 / 電気伝導
Research Abstract

この研究では層欠陥、周期構造などナノ構造があるグラフェンの電気伝導、電子状態などを理論的に研究し、トポロジカルに特異な2次元系でのメゾスコピック現象を解明し予言することを目的とする。
今年度は昨年度に引き続き、表面に層欠陥を含む多層グラフェンにおいて電気伝導を有効質量近似の方法で調べた。電気伝導の谷状態に依存する異方性すなわち谷分極伝導は層欠陥のジグザグ型、肘掛椅子型といった原子構造に大きく依存することを見いだした。さらに非対称性は層数とともに減少することを示した。これら予備的な結果の一部をプロシーディングス論文として発表した。
扁平したカーボンナノチューブについてはグラフェン・ナノ構造の一例として調べている。これは層間相互作用があり2層グラフェンとみなせる中央部分と、単層グラフェンとみなせる端部分から構成される。実験的には太い単層ナノチューブの単離と、それに由来する扁平したカーボンナノチューブが報告されている。グラフェン・リボンに比べ、端構造に揺らぎの少ない新たな量子細線として注目される。そこで、有効質量近似を用いた2つの方法により、その電子状態を調べた。最初の方法ではカーボンナノチューブから出発し面間の相関相互作用を含めたモデルにより電子状態のカイラリティ依存性を明らかにした。すなわち、カイラルナノチューブが扁平した場合、上下層の原子配置は非整合になり、一般に面間の相互作用は極めて弱い。他方2層グラフェンの境界条件として解く方法により、非カイラルな場合の電子状態を理解した。このときAA, ABといった2層グラフェンの構造も含め上下層の原子配置は整合するが、電子状態は重なり方に大きく依存して金属的または半導体的になることを示すと共にその理由を明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では、グラフェン・ナノ構造の電気伝導、電子状態を理論的に研究し、トポロジカルに特異な2次元系でのメゾスコピック現象の理論的な解明、予言を計画した。グラフェン・ナノ構造として、表面に層欠陥を含む多層グラフェンおよび扁平したカーボンナノチューブを取り上げ、その電気伝導、電子状態を調べおおむね当初計画通り研究が進んでいる。
ただし研究代表者において平成24年度後半から平成25年度前半にかけ所内での拘束時間が多い研究管理業務が予想外に急増したため、計画した研究が予定通り進まなかった。しかし平成25年度後半には状況が改善し、当初計画に近付きつつある。平成26年度においてさらに加速し当初計画した研究を達成する見込みである。
一方、研究分担者、連携研究者においては有効質量理論に基づく議論および第一原理シミュレーションによる研究、成果発表が当初計画通り進捗している。

Strategy for Future Research Activity

当初計画通りグラフェン・ナノ構造に関する電気伝導、電子状態の理論的研究を進める。表面に層欠陥を含む多層グラフェンおよび扁平したカーボンナノチューブに関する平成25年度中の研究を継続し、得られた結果について議論を深め、トポロジカルに特異な2次元系でのメゾスコピック現象を理論的に解明すると共に、成果の発表に努める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

年度末に海外旅費への支出を予定していたが、渡航目的が直前で変更になり科研費の研究内容と異なる目的になったため、別予算で支出するのが適当と判断した。
国際会議で研究成果発表のため海外旅費への支出を計画している。年度末に発注したノートパソコンなどは基金の制度を利用し年度跨ぎで納品されたため、会計処理上次年度使用額に含まれる。

  • Research Products

    (10 results)

All 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Bilayer graphene with long-range scatterers: Diamagnetism and weak-field Hall effect2014

    • Author(s)
      Tsuneya Ando
    • Journal Title

      Physica E

      Volume: 58 Pages: 6-15

    • DOI

      10.1016/j.physe.2013.11.015

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Even-odd oscillation and valley polarization of transmission between multilayer graphenes2013

    • Author(s)
      Takeshi Nakanishi and Tsuneya Ando
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1566 Pages: 113-114

    • DOI

      10.1063/1.4848311

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] つぶれた単層ナノチューブの電子状態2013

    • Author(s)
      安藤 恒也,中西 毅
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学, 徳島
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 2層グラフェンの反磁性帯磁率と弱磁場ホール効果:長距離不純物の効果2013

    • Author(s)
      安藤恒也
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学, 徳島
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] MWNT低温磁気伝導における磁場印加方向依存性の解明2013

    • Author(s)
      湯村成一, 木田理夫, 青木伸之, J.P.Bird, 中西毅, 落合勇一
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学, 徳島
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Chiral electrons in graphene: From diamagnetism to transport2013

    • Author(s)
      T. Ando
    • Organizer
      The 5th International Conference on Recent Progress in Graphene Research (RPGR2013)
    • Place of Presentation
      東工大蔵前会館, 東京
    • Year and Date
      20130910-20130913
    • Invited
  • [Presentation] Theory of weak-field Hall effect in graphene2013

    • Author(s)
      T. Ando and M. Noro
    • Organizer
      The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON18)
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ、松江
    • Year and Date
      20130722-20130726
  • [Presentation] Theory of Dirac electrons in graphene: Minimum conductivity and weak-field Hall effect2013

    • Author(s)
      T. Ando
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS
    • Place of Presentation
      幕張メッセ、千葉
    • Year and Date
      20130714-20130719
    • Invited
  • [Presentation] Symposium on Quantum Hall Effects and Related Topics2013

    • Author(s)
      T. Ando
    • Organizer
      Max Planck Institut fuer Festkoerperforschung
    • Place of Presentation
      Stuttgart, Germany
    • Year and Date
      20130626-20130628
    • Invited
  • [Presentation] Theory of environment effects on excitons in carbon nanotubes2013

    • Author(s)
      T. Ando, S. Uryu, Y. Tomio, and H. Suzuura
    • Organizer
      5th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON2013)
    • Place of Presentation
      Santa Fe, NM, USA
    • Year and Date
      20130616-20130622
    • Invited

URL: 

Published: 2015-05-28  

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