トポロジカル欠陥をもつグラファイト関連物質における電子物性の理論的研究

• 研究課題/領域番号: 00J05298
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 高木 祥光 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2001年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2000年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 炭素材料 / 電子状態計算 / バンドギャップ構造

研究概要

局所密度近似に基づく密度汎関数法によって、フッ化グラファイト、ならびにフッ化ボロンナイトライドの電子状態を、前年度と比べてより詳細に調べた。その結果、フッ化ボロンナイトライドのバンドギャップ近傍の電子状態の特異性はフッ化ボロンナイトライドが極性を示す物質であることに起因していることがわかった。つまり、極性によって各層内に生じる静電ポテンシャルの差に依存して、フッ化ボロンナイトライドのバンドギャップの大きさが変化していることを突き止めた。これにより、各層内に生じる静電ポテンシャルの差の無い物質とある物質のバンドギャップ近傍の電子状態の膜厚依存性は、定性的に異なることを明らかにできた。さらに、フッ化グラファイトと同様のトポロジーをもつハロゲン化されたシリコン薄膜についてもフッ化グラファイトと似た電子状態を示すことが期待される。そのため、ハロゲン化されたシリコン薄膜の電子状態を局所密度近似に基づく密度汎関数法によって調べた。その結果、シリコン膜厚に依存してバンドギャップ構造が直接遷移型から間接遷移型に転移することがわかった。さらに、フッ化グラファイトやフッ化ボロンナイトライドをデバイスとして応用する際、超格子を作成する必要がある。そのため、フッ化グラファイトやフッ化ボロンナイトライドで構成される起格子の幾つかの場合において電子状態計算を行った。それにより、これら2つの物質の組合せかたと各物質を構成する膜厚の変化によって、超格子のバンドギャップ構造が様々な構造をとることが理論的に示すことができた。