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カーボンナノチューブの交流応答特性の理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 12J56203
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 ナノ構造科学
研究機関東京大学

研究代表者

平井 大介  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードナノチューブ / 交流応答 / 電子輸送 / 物性理論 / ナノ材料 / 数値解析
研究概要

本研究では、カーボンナノチューブ(CNT)の交流伝導特性への欠陥・不純物散乱の影響を明らかにすべく、理論数値解析を行った。まず、原子空孔欠陥一つを有するCNTの交流伝導特性の解析を行った。原子空孔によって誘起される空孔状態とダングリングボンド状態による電子散乱によって、交流伝導特性を特徴付ける電流-電圧位相差は容量性応答を示す。しかし、後者の近傍のみに誘導性ピークが現れることが分かった。モデル解析によって、この誘導性ピークの出現は透過関数スペクトルの半値幅に関係していることが明らかとなった。次に、交流応答への無秩序ポテンシャルの影響に関する数値解析を行った。無秩序ポテンシャル下では無秩序ポテンシャルの強さに依存して、位相差の振る舞いが質的に異なることが明らかとなった。この振る舞いは、力学インダクタンスによる誘導性応答と電子散乱によって引き起こされる容量性応答の競合によって決定していることが分かった。また、交流応答の不純物ポテンシャルの到達距離に対する依存性についても解析を行った。ポテンシャルの到達距離が格子定数より小さい場合には、不純物の濃度の増加に伴い位相差が減少、つまり、容量的な方向へシフトする。これは、不純物による電子散乱が容量性を誘起するためである。一方、到達距離が格子定数より大きい場合には、濃度の増加に伴い位相差が増加、つまり、誘導的な方向へシフトすることが明らかとなった。カーボンナノチューブの場合、ポテンシャルの到達距離が格子定数より大きい場合には、後方散乱が消失することが知られている。しかし、電子が輸送される際には不純物による散乱が生じ、その結果、輸送時間が増加する。力学インダクタンスは輸送時間に比例することから、上記振る舞いが理解される。本研究成果は、ナノスケールにおける交流応答の測定結果を理解するための知見を与えるものである。

報告書

(1件)
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Diameter Dependence of Sub-Terahertz AC Response of Metallic Carbon Nanotubes with a Single Atomic Vacancy2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 51 号: 4S ページ: 04DN01-04DN01

    • DOI

      10.1143/jjap.51.04dn01

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] カーボンナノチューブの交流伝導特性の理論解析2013

    • 著者名/発表者名
      平井大介
    • 学会等名
      第2回ナノスケール分子デバイスセミナー
    • 発表場所
      化学会館ホール、東京都(招待講演)
    • 年月日
      2013-03-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Impurrity Scattering on AC Transport in Carbon Nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      第44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
    • 発表場所
      東京大学、東京都
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Disorder on AC Response of Metallic Carbon Nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      APS March Meeting 2013
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブの交流特性への不純物散乱の影響2013

    • 著者名/発表者名
      平井大介
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学、広島県
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Investigation on Influence of Defects on Inductive-Capacitive Transition of AC Response of Metallic Carbon Nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      2012 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Analysis on Influence of Defects of AC Transport in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      NT12 International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      Brisbane, Australia
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Coherent AC Transport in Metallic Carbon Nanotubes with Disorder2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      第43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
    • 発表場所
      東北大学、宮城県
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Defects on AC Response of Metallic Carbon Nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials 2012
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、神奈川県
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Simulation of AC Response of Defective Metallic Carbon Nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hirai
    • 学会等名
      International Symposium on Computics : Quantum Simulation and Design
    • 発表場所
      大阪大学、大阪府
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 密度汎関数法に基づくナノスケール電気伝導ダイナミクスの解析2012

    • 著者名/発表者名
      渡邉聡
    • 学会等名
      第6回物性科学領域横断研究会
    • 発表場所
      東京大学、東京都
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ナノ構造の交流伝導特性のシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      笹岡健二
    • 学会等名
      第3回計算物質科学イニシアティブ研究会
    • 発表場所
      自然科学研究機構 岡崎カンファレンスセンター、愛知県
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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