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2016 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, 理学院, 研究員 (70436244)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywordsカーボン系ナノ物質
Outline of Annual Research Achievements

炭素原子から構成される単原子層であるグラフェンは、電荷の移動度が極めて高いことから、次世代の電子デバイスの基盤材料候補として注目されている。前年度においては、二層グラフェンへのドーピングに関する研究を展開した。本年度では、前年度において研究を行ったドープされた二層グラフェンへの二酸化窒素など環境汚染ガス吸着による影響に関する研究を行った。その結果、ホウ素ドープ型二層グラフェンに関して、一酸化炭素や二酸化炭素分子は、比較的弱くではあるが吸着し、吸着後の分子とグラフェン層との距離は長い。一方、一酸化窒素や二酸化窒素分子は比較的強い吸着性を示し、また、吸着分子とグラフェン間の距離が比較的短いことが分かった。そのため、一酸化窒素や二酸化窒素分子が、ホウ素ドープされた二層グラフェンに吸着すると、電荷の移動が起こる。さらに、吸着する分子の種類によって、電荷の移動に違いが見られることも明らかになった。すなわち、一酸化窒素分子の吸着では、一酸化窒素分子からグラフェン層へと電子が移動するが、一方、二酸化窒素分子の吸着では、グラフェン層から二酸化窒素分子へと電子が移動することが分かった。また、電荷の移動する方向に依存して、仕事関数が変化することが明らかになった。すなわち、一酸化窒素分子が吸着した場合では、仕事関数が減少するが、二酸化窒素分子が吸着すると、仕事関数が増加する。このため、ホウ素ドープされた二層グラフェンは、一酸化窒素及び二酸化窒素分子を検知するために有用な材料であることが期待される。

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、グラフェンに不純物などの欠陥を導入することにより、電子デバイスへと応用できる機能性材料の探索を行っている。本年度では、二層系グラフェンへの環境汚染型ガス吸着に関する吸着エネルギーや電子構造を調べた。その結果、ドープされたグラフェンが機能化され、環境汚染ガスが検知できる可能性があることを見出した。そのため、順調に進展しているものと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後の方針として、グラフェン中の欠陥構造や反応性、電子構造に関する研究をさらに推し進め、グラフェンのデバイス応用への可能性を調べる。特に、単層系と多層系との物性の類似点や相違点を明らかにする。

Causes of Carryover

会議への招聘による参加費等の免除により、本年度に予定していた成果報告に関する支出を抑えることができたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

研究を速やかに遂行するため、計算機の利用に割り当てる。また、得られた研究成果を公表するためにも割り当てる。

  • Research Products

    (16 results)

All 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Energetics and scanning tunneling microscopy images of B and N defects in graphene bilayer2017

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

      Springer Proceedings in Physics

      Volume: 186 Pages: 107-112

    • DOI

      10.1007/978-3-319-46601-9_13

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Interlayer distances and band-gap tuning of hexagonal boron-nitride bilayers2016

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

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 124 Pages: 584-586

    • DOI

      http://doi.org/10.2109/jcersj2.15285

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Gas adsorption, energetics and electronic properties of boron- and nitrogen-doped bilayer graphenes2016

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

      Chemical Physics

      Volume: 478 Pages: 55-61

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.chemphys.2016.05.014

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Band engineering and relative stabilities of hexagonal boron-nitride bilayers under biaxial strains2016

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

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 245427_1-8

    • DOI

      http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.94.245427

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Strain, stabilities and electronic properties of hexagonal BN bilayers2017

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans, USA
    • Year and Date
      2017-03-12 – 2017-03-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Doping and Electronic Properties of Boron-Nitride Nanotubes2017

    • Author(s)
      S. Saito, Y. Fujimoto
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans, USA
    • Year and Date
      2017-03-12 – 2017-03-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gas Adsorption Effects on Stabilities and Electronic Properties of Graphene Bilayers2017

    • Author(s)
      藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      第52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センター
    • Year and Date
      2017-03-01 – 2017-03-03
  • [Presentation] First-Principles Theoretical Design and Analysis of Graphene Layers for Sensing Application2017

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      The 6th Conference on Nanomaterials
    • Place of Presentation
      Bangkok, Thailand
    • Year and Date
      2017-01-03 – 2017-01-05
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Strain, energetics and electronic properties of h-BN atomic layers2016

    • Author(s)
      Y. Fujimoto, S. Saito
    • Organizer
      International Symposium on Carbon Nanotube in Commemoration of its Quarter-Century Anniversary
    • Place of Presentation
      東京工業大学蔵前会館
    • Year and Date
      2016-11-15 – 2016-11-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] First-principles theoretical design and analysis of graphene layers for sensing application2016

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Organizer
      International Conference and Exhibition on Nanomedicine and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Baltimore, USA
    • Year and Date
      2016-10-12 – 2016-10-14
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 窒化ホウ素二層原子膜の歪み印加効果2016

    • Author(s)
      藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] BNナノチューブへの不純物ドーピング2016

    • Author(s)
      斎藤晋、藤本義隆
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Strain Modulation of Electronic Properties in Hexagonal Boron-Nitride Atomic Layers2016

    • Author(s)
      藤本義隆、斎藤晋
    • Organizer
      第51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
      北海道立道民活動センター
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] BNナノチューブへの不純物ドーピング2016

    • Author(s)
      斎藤晋、藤本義隆
    • Organizer
      第51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
      北海道立道民活動センター
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] Doping and interlayer interaction in h-BN monolayer and bilayer sheets2016

    • Author(s)
      S. Saito, Y. Fujimoto
    • Organizer
      Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-dimensional Materials
    • Place of Presentation
      Vienna, Austria
    • Year and Date
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Sol-Gel Based Nanoceramic Materials: Preparation, Properties and Applications2017

    • Author(s)
      Y. Fujimoto
    • Total Pages
      pp.113-131
    • Publisher
      Springer

URL: 

Published: 2018-01-16  

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