• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2014 Fiscal Year Research-status Report

ナノ構造制御によるグラフェンの高機能化デザイン

Research Project

Project/Area Number 26390062
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

藤本 義隆  東京工業大学, 理工学研究科, 元素戦略プロジェクト研究員 (70436244)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsグラフェン / ドーピング / 第一原理計算
Outline of Annual Research Achievements

グラファイト一原子層であるグラフェンは、電気的キャリアの移動度が極めて高いことから、電子デバイスへの応用が期待されている。本研究では、第一原理電子構造計算を用いて、不純物ドープ及び吸着によるグラフェンの電子構造の変化を調べた。まず初めに、グラフェン中の窒素欠陥への水素分子吸着に関して調べた。その結果、窒素置換型欠陥サイトでは、水素分子の解離吸着はエネルギー的に起こりにくいことが分かった。一方、窒素・原子空孔複合欠陥サイト近くで吸着した水素分子は、2つの水素原子に解離し、欠陥中の異なった窒素原子サイトに吸着することが分かった。また、水素吸着前後の電子状態について調べた。その結果、吸着前に存在した窒素・原子空孔複合欠陥由来のアクセプター状態が消失し、フェルミエネルギー近傍にドナー状態が出現することを明らかになった。また、アンモニアと水分子の吸着に関しても同様な計算を行った。その結果、アンモニア分子では、NH2と水素原子に、水分子では、OHと水素原子にそれぞれ解離し、欠陥中の異なった窒素原子サイトにそれぞれ吸着することが分かった。このように、窒素・原子空孔欠陥サイトには、水素分子、アンモニア、及び水分子がエネルギー的に吸着しやすいことが分かった。また、水素分子が吸着することで、グラフェンの電子特性が大きく変化し、ガスセンサーや水素貯蔵などのデバイス材料としての可能性を示唆する結果を得た。さらに、それぞれの吸着分子が、解離吸着することから、グラフェン中の窒素・空孔複合欠陥サイトは、反応活性サイトとして働くことが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的は、グラフェンに不純物や空孔などの欠陥を導入することにより、機能性材料としての応用の可能性を探索することにある。本年度では、グラフェン中の様々な種類の窒素欠陥構造と水素分子等の不純物との吸着エネルギーや電子構造を調べ、グラフェンの高機能化への可能性の一例を見出した。そのため、当初の目的通り、順調に進展しているものと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに、推進してきたグラフェン中の欠陥構造と不純物との吸着構造、反応性、電子状態に関する研究をさらに推し進め、グラフェンの高機能デバイス材料としての可能性を調べる。また、これまでの単層シート以外にも、多層シートに関しても調べ、単層シートとの類似点・相違点を明らかにする。

Causes of Carryover

本年度では有償の計算機システムの利用を予定していたが、他の無償の計算機リソースを確保することができた。そのため、無償の計算機システムを利用することで、研究を予定通り遂行することが可能となったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

研究を速やかに遂行させるために、計算機システムの利用額を増加する。また、得られた研究成果を公表するために割り当てる。

  • Research Products

    (17 results)

All 2015 2014

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Electronic Structures and Stabilities of bilayer graphene doped with boron and nitrogen2015

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Journal Title

      Surface Science

      Volume: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.susc.2014.11.013

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Adsorption of Molecules on Nitrogen-Doped Graphene: A First-Principles Study2015

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 4 Pages: 012002_1-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atomic geometries and electronic structures of hexagonal boron-nitride bilayers under strain2015

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 印刷中

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Hydrogen adsorption and anomalous electronic properties of nitrogen-doped graphene2014

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 115 Pages: 153701_1-5

    • DOI

      10.1063/1.4871465

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electronic structures of hexagonal boron-nitride monolayers: strain-induced effects2014

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, T. Koretsune, S. Saito
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 122 Pages: 346-348

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structures of carbon-doped hexagonal boron nitride sheet: A density-functional study2014

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, T. Koretsune, S. Saito
    • Journal Title

      JPS Conference Procededings

      Volume: 1 Pages: 012066_1-4

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 不純物ドープされた二層グラフェンの安定性と電子構造2015

    • Author(s)
      藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-23
  • [Presentation] グラフェン、カーボンナノチューブおよび六方晶窒化ホウ素原子膜におけるドーピングと極性2015

    • Author(s)
      斎藤晋、藤本義隆、是常隆
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-22
  • [Presentation] Stabilities and electronic properties of B and N defects in bilayer graphene2015

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Organizer
      APS March Meeting 2015
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      2015-03-01
  • [Presentation] Doping, adsorption, and polarity of atomic-layer materials: predictive theory from systematic first-principles study2015

    • Author(s)
      S. Saito, Y. Fujimoto, T. Koretsune
    • Organizer
      APS March Meeting 2015
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      2015-03-01
  • [Presentation] ドープされた原子層物質における電子構造と極性2015

    • Author(s)
      斎藤晋、是常隆、藤本義隆
    • Organizer
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学伊藤国際学術研究センター
    • Year and Date
      2015-02-22
  • [Presentation] Electronic Structures and Stabilities of Two-Dimensional Atomic Layers2015

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      2nd Conference on New Advances in Condensed Matter Physics
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2015-02-01
    • Invited
  • [Presentation] グラフェンおよび六方晶窒化ホウ素原子膜からなる系の幾何構造と電子物性2014

    • Author(s)
      藤本義隆、是常隆、酒井佑規、斎藤晋
    • Organizer
      物性研究所計算物質科学研究センター第4回シンポジウム・物性研スーパーコンピュータ共同利用報告会
    • Place of Presentation
      東京大学柏キャンパス
    • Year and Date
      2014-11-13
    • Invited
  • [Presentation] Stabilities and Electronic Properties of Two-Dimensional Atomistic Layers2014

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      EMN Open Access Week Meeting
    • Place of Presentation
      Chengdu, China
    • Year and Date
      2014-09-23
    • Invited
  • [Presentation] Electronic Structures of Carbon Flakes in Hexagonal Boron-Nitride Layers2014

    • Author(s)
      藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      第47回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2014-09-05
  • [Presentation] Effects of Gas Adsorption on Stabilities and Electronic Structures of Carbon Nanomaterials2014

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      Energy Materials Nanotechnology East Meeting
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2014-05-13
    • Invited
  • [Book] Pyridine-Type Defects in Graphene: Stability, Reactivity and Electronic Property in Advances in Materials Science Research Vol.18, edited by M. C. Wythers2015

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Total Pages
      pp. 91-106
    • Publisher
      Nova Science Publishers

URL: 

Published: 2016-05-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi