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第一原理計算によるグラフェンを超える二次元材料の研究

研究課題

研究課題/領域番号 13F03351
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 ナノ構造科学
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

高村 由起子 (山田由起子 / 山田 由起子 / 高村 由起子(山田由起子))  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 准教授 (90344720)

研究分担者 GIMBERT FLORIAN  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 外国人特別研究員
GIMBERT Florian  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 外国人特別研究員
GIMBERT Florian  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2015年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2013年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
キーワードナノ材料 / 二次元材料 / 第一原理電子状態計算 / シリセン / ゲルマネン / グラフェン
研究実績の概要

平成27年度は、前年度までに進展のあったMoS2型のケイ素(Si)とゲルマニウム(Ge)の二次元同素体を積み重ねた多層構造を分子動力学法を用いて検討し、これらの多層構造の温度上昇に対する安定性を調べた。その結果、単層では温度上昇に対して非常に不安定であるが、層数の増加に伴い安定に存在できる温度域が拡大することが明らかとなった。この成果については、前年度に得られた成果と一緒にまとめ、現在、投稿論文を執筆中である。
研究代表者は、シリセンやゲルマネンと組み合わせて使用すると、絶縁性基板、あるいは、保護膜として働くことが期待される六方晶窒化ホウ素(hBN)単原子層を二ホウ化ジルコニウム(ZrB2)薄膜表面を窒化、加熱処理することで実験的に形成しているが、このZrB2薄膜上hBNを基板としてSiの蒸着によりシリセンを形成する実験が進展を見せたため、この系に関する第一原理電子状態計算を行い、実験結果と比較した。実験ではhBNの格子5に対してZrB2の格子4が対応するという大きな周期をもつモアレ構造が走査トンネル顕微鏡により観察されたため、この系について計算するには、非常に大きな、沢山の原子を含むセルを用いる必要があった。計算の結果、hBN層とZrB2の界面は、Zr終端の場合の方がB終端と比べて安定であること、hBN層とZrB2の間の距離は平均して0.24nmであること、最も距離が短いところと長いところの差が0.1nmあり、原子レベルで平坦とは言えず、波打っていることなどが明らかとなった。この計算結果と実験結果をまとめ、現在、投稿論文を執筆中である。
研究代表者と研究分担者がタッグを組んで第一原理電子状態計算を用いた研究を行うことで、新奇二次元材料に関する実験結果の理解が格段に進んだ。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] University of Twente(オランダ)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] Brookhaven National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Diverse forms of bonding in two-dimensional Si allotropes: Nematic orbitals in the MoS2 structure2014

    • 著者名/発表者名
      F. Gimbert, C.-C. Lee, R. Friedlein, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 号: 16 ページ: 165423-165423

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.165423

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] From silicene and germanene monolayers to multilayers: a first-principles study2015

    • 著者名/発表者名
      Florian Gimbert, Chi-Cheng Lee, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, and Taisuke Ozaki
    • 学会等名
      Psi-k Conference 2015
    • 発表場所
      The Kursaal Conference Centre, Donostia-San Sebastian, Spain
    • 年月日
      2015-09-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-dimensional silicon and germanium allotropes in the MoS2 structure: a first-principles study2015

    • 著者名/発表者名
      Florian Gimbert, Chi-Cheng Lee, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, and Taisuke Ozaki
    • 学会等名
      3rd OpenMX/QMAS Workshop 2015
    • 発表場所
      Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-05-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-dimensional silicon and germanium allotropes in the MoS2 structure: a first- principles study2014

    • 著者名/発表者名
      Florian Gimbert, Chi-Cheng Lee, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, and Taisuke Ozaki
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS7)
    • 発表場所
      くにびきメッセ島根県立産業交流会館(島根県、松江市)
    • 年月日
      2014-11-02 – 2014-11-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Si(111)上ZrB2薄膜の窒化による単原子層hBNの形成2014

    • 著者名/発表者名
      青柳 航平, ライナー フリードライン, アントワーヌ フロランス, フローリアン ジャンベール, 尾崎 泰助, 高村(山田) 由起子
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道、札幌市)
    • 年月日
      2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Novel two-dimensional silicon and germanium allotropes: a first-principles study2014

    • 著者名/発表者名
      F. Gimbert, C.-C. Lee, R. Friedlein, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス(愛知県、春日井市)
    • 年月日
      2014-09-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Two-dimensional silicon and germanium allotropes in the MoS2 structure2014

    • 著者名/発表者名
      Florian Gimbert, Chi-Cheng Lee, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, and Taisuke Ozaki
    • 学会等名
      Computational Science Workshop 2014 (CSW2014)
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県、つくば市)
    • 年月日
      2014-08-20 – 2014-08-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Novel two-dimensional silicon and germanium allotropes : a first-principles study2014

    • 著者名/発表者名
      Florian Gimbert, Chi-Cheng Lee, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, Taisuke Ozaki
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2014
    • 発表場所
      Denver, Colorado, USA
    • 年月日
      2014-03-06
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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