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2018 Fiscal Year Annual Research Report

First-principles analyses on the property modulation of layered materials by introducing active sites

Publicly Offered Research

Project Area3D Active-Site Science
Project/Area Number 17H05215
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

渡邉 聡  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00292772)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords層状物質 / 第一原理計算 / 物性理論 / 活性サイト / ナノ構造物性 / フォノン関連物性
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、グラフェンから遷移金属ダイカルコゲナイドに至る様々な層状物質に対して、活性サイトの導入による物性変調を密度汎関数理論に基づく第一原理計算による解明を進めた。平成30年度の主な成果は以下のとおりである。
1)二層硫化モリブデン(MoS2)へのLi挿入によるフォノン誘起超伝導特性の発現について検討した。この系については超伝導特性の理論計算の先行研究があるが、本研究で得られた転移温度1.2Kは先行研究の10Kよりずっと低かった。検討の結果、この違いは計算に用いた最安定構造の原子配置がわずかに異なっていることによりフォノンバンド構造が異なることに起因する可能性が高いとわかった。さらに本研究では、先行研究では不安定とされた積層構造が圧縮歪の印加により安定化されることを示した。またこのように安定化した積層構造では、0.6%の圧縮歪み印加時に21Kと高い超伝導転移温度が期待できることを示した。
2)領域内の電子デバイス班でキャリア濃度がよく制御されたアモルファスMoS2結晶の光電子分光測定で電子-フォノン相互作用に由来すると考えられる特徴的なスペクトル形状が得られている。このスペクトルは、MoS2と合わせて形成されていると考えられているMoO3に起因すると推測されている。他方、2次元αMoO3は電子移動度がMoS2よりも高いことから、電界効果トランジスタ等への応用が期待されている。以上を踏まえ、2次元αMoO3におけるキャリアのフォノンによる散乱レートのエネルギー及び波数依存性を計算したところ、価電子帯の頂点および伝導帯の底においてはキャリアの散乱レートが低いことがわかった。これは、2次元αMoO3の電子移動度が高いという事実とよく整合する計算結果である。
以上のように、ドーピングや界面による層状物質のフォノン関連物性の変調に関連する有用な知見を得ることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Donostia International Physics Center(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      Donostia International Physics Center
  • [Journal Article] Inelastic electron tunneling spectroscopy by STM of phonons at solid surfaces and interfaces2018

    • Author(s)
      E. Minamitani, N. Takagi, R. Arafune, T. Frederiksen, T. Komeda, H. Ueba, S. Watanabe
    • Journal Title

      Prog. Surf. Sci.

      Volume: 93 Pages: 131-145

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2018.09.002

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 第一原理計算に基づく界面構造・物性解析に関するいくつかの話題2019

    • Author(s)
      渡邉聡
    • Organizer
      新世代研究所 2018年度第2回界面ナノ科学研究会
    • Invited
  • [Presentation] First-Principles Calculation of Electron- Phonon Interaction in 2D/3D α-MoO32018

    • Author(s)
      L. Zhou, E. Minamitani, S. Watanabe
    • Organizer
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 二次元トポロジカル絶縁体の欠陥物性に関する理論計算2018

    • Author(s)
      原聡一郎, 南谷英美, 渡邉聡
    • Organizer
      2018年日本表面真空学会学術講演会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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