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電子格子相互作用に起因する電子物性解明と物質設計

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 25104711
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関独立行政法人理化学研究所 (2014)
東京工業大学 (2013)

研究代表者

是常 隆  独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (90391953)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード物性理論 / 第一原理計算 / 電子格子相互作用
研究実績の概要

近年グラフェンの応用が盛んに議論されているが、実用的にはなんらかの方法でバンド構造、特にバンドギャップを制御することが非常に重要となる。そこで前年度開発した、電子格子相互作用に起因する電子状態の変化を第一原理的に計算する手法を用いて、グラフェンにおける同位体を用いたバンド構造制御の可能性を調べた。その結果、電子格子相互作用によってグラフェンのバンド構造が数十meVのオーダーで変化することが分かった。これは、12Cのみでできたグラフェンと13Cのグラフェンでバンド構造が数meVのオーダーで変化することを示している。特に、グラフェンの仕事関数、すなわちDirac点の真空準位からの深さが12Cと13Cで異なることが分かった。これは、12Cと13Cからなるグラフェンの接合を作れば、自動的にpn接合ができることを意味している。また、12Cグラフェンと13Cグラフェンからなる2層グラフェンも興味深い電子状態を示すことが期待される。さらには、同位体を周期的に並べるだけでその周期を制御できればギャップを開けることができることを示した。
また、今後の物質設計に向けて、物質の表面構造に着目し結晶内部と表面でどのような構造の違いが現れるか、さらにはそれがどう物性に寄与するかを、テトラセンを例にとって調べた。その結果、テトラセンでは表面一層だけ結晶内部と大きく構造が異なることが実験的に観測され、理論的にも第一原理計算によって表面構造が大きく変化しうることが分かった。さらにはその構造変化が輸送特性に大きな違いをうむことを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 6件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Large surface relaxation in the organic semiconductor tetracene2014

    • 著者名/発表者名
      Hazuki Morisaki, Takashi Koretsune, Chisa Hotta, Jun Takeya, Tsuyoshi Kimura and Yusuke Wakabayashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 5 号: 1 ページ: 54001-6

    • DOI

      10.1038/ncomms6400

    • 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
  • [雑誌論文] Electronic Structures of Carbon-Doped Hexagonal Boron Nitride Sheet: A Density-Functional Study2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Fujimoto, Takashi Koretsune, and Susumu Saito
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 1 ページ: 0120661-4

    • DOI

      10.7566/jpscp.1.012066

    • 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
  • [雑誌論文] Electronic structures of hexagonal boron-nitride monolayer: strain-induced effects2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Fujimoto, Takashi Koretsune and Susumu Saito
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 122 号: 1425 ページ: 346-348

    • DOI

      10.2109/jcersj2.122.346

    • NAID

      130004950951

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lattice matching and electronic structure of finite-layer graphene/h-BN thin films2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakai, S. Saito and M. L. Cohen
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 89 号: 11 ページ: 1154241-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.89.115424

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron-phonon coupling and superconductivity in Li-intercalated layered borocarbide compounds2014

    • 著者名/発表者名
      T. Bazhirov, Y. Sakai, S. Saitoa and M. L. Cohen
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 89 号: 4 ページ: 0451361-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.89.045136

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluating model parameters of the κ- and β’-type Mott insulating organic solids2014

    • 著者名/発表者名
      T. Koretsune and C. Hotta
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 89 号: 4 ページ: 0451021-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.89.045102

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intermolecular interactions and substrate effects for an adamantane monolayer on a Au (111) surface2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakai, G. D. Nguyen, R. B. Capaz, S. Coh, I. V. Pechenezhskiy, X. Hong, F. Wang, M. F. Crommie, S. Saito, S. G. Louie and M. L. Cohen
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 88 号: 23 ページ: 2354071-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.235407

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Isotope composition dependence of the band-gap energy in diamond2013

    • 著者名/発表者名
      H. Watanabe, T. Koretsune, S. Nakashima, S. Saito, and S. Shikata
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 88 号: 20 ページ: 2054201-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.205420

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetics and electronic properties of heavily nitrogen-doped titanium dioxide2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoki and S. Saito
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 121 号: 1412 ページ: 373-376

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.373

    • NAID

      130004950838

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ナフタレンをベースとした 有機分子における超伝導2015

    • 著者名/発表者名
      是常 隆
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Isotope dependence of the electronic structure of graphene2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Koretsune
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      San Antonio, Texas
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Isotope effect on the band structure of graphene2014

    • 著者名/発表者名
      Takashi Koretsune
    • 学会等名
      ISC-QSD2014
    • 発表場所
      Univ. Tokyo
    • 年月日
      2014-12-01 – 2014-12-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] κ-(ET) Xにおける モデルパラメータの導出2014

    • 著者名/発表者名
      是常 隆
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 同位体を用いたグラフェン のバンド構造制御2014

    • 著者名/発表者名
      是常 隆
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Band Structure Engineering in Graphene using Isotope Effect2014

    • 著者名/発表者名
      Takashi Koretsune
    • 学会等名
      第47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
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 半導体バンドギャップの温度依存性2014

    • 著者名/発表者名
      是常 隆
    • 学会等名
      新学術領域研究「コンピューティクスによる物質デザイン」平成25年度研究会
    • 発表場所
      東京大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 半導体のバンド幅に対する電子格子相互作用の効果2014

    • 著者名/発表者名
      是常 隆、斎藤 晋
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 単層 h-BN、二層 h-BN、および関連物質系の電子物性:異種原子ドープと複合膜化による物性制御と物質設計2014

    • 著者名/発表者名
      斎藤 晋
    • 学会等名
      日本表面科学会 第80回表面科学研究会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カーボンナノチューブの詳細構造 における格子振動の効果2013

    • 著者名/発表者名
      是常 隆、加藤 幸一郎、斎藤 晋
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effect of lattice vibration on the geometry of carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      Takashi Koretsune, Koichiro Kato and Susumu Saito
    • 学会等名
      第45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
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 原子膜からなる系の電子構造と物性予測:ナノチューブ・グラフェン・BN膜とそれらの複合系を中心に2013

    • 著者名/発表者名
      斎藤 晋
    • 学会等名
      第11回ナノ学会大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Electronic Properties of Graphene- and Silicene-Based Composite Atomic-Layer Materials2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      新世代研究所平成25年度第一回ナノカーボン研究会
    • 発表場所
      蔵王
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Boron, Carbon, and Nitrogen-based Nanostructured Materials: A First-Principles Study and Tight-Binding-Model Study2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      CECAM Workshop Modeling Physical Properties of Clustering Crystal
    • 発表場所
      EPFL, Lausanne, Switzerland
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Electronic Properties of Graphene-, Hexagonal BN Layer-, and Silicene-Based Atomic-Layer Materials2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakai, Takashi Koretsune, Yoshitaka Fujimoto, and Susumu Saito
    • 学会等名
      4th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Energy and Electronics
    • 発表場所
      Jeju, South Korea
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Geometries, Electronic Properties, and Materials Design of Carbon Nanostructures and Related Materials2013

    • 著者名/発表者名
      S. Saito
    • 学会等名
      HKUST-IAS Workshop on Recent Advances in Condensed Matter Physics and Optics
    • 発表場所
      香港科学技術大学 高等研究院
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Carbon-based Superconductors - Towards High-Tc Superconductivity2014

    • 著者名/発表者名
      Takashi Koretsune and Susumu Saito
    • 総ページ数
      13
    • 出版者
      Pan stanford publishing
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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