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電界印加密度汎関数計算による原子層デバイスのキャパシタンスの解析

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107514
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
研究機関東京大学

研究代表者

安藤 康伸  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00715039)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード二層グラフェン / 量子キャパシタンス / 密度汎関数法 / MXene / 電界印加密度汎関数法
研究実績の概要

平成27年度は平成26年度に引き続き複層グラフェンの電子ドープ時の電子状態変化についての研究、及び複層グラフェン以外の物質について基盤が原子層物質に与える影響や電界応答、電子状態の制御に関する研究を行った。成果課題として「新規層状物質群MXenesの表面原子吸着による電子状態制御の予測」が挙げられる。2011年に発表された新規二次元層状物質群MXenesは、遷移金属原子によるM siteと炭素または窒素からなるX siteからなる層状物質群であり、多様な組成を取るため物質設計の観点からも非常に重要な物質群である。我々は表面終端構造による当該物質の電子状態制御の可能性を第一原理計算によって検討した。表面吸着子にはH, Li, Naを採用した。その結果、MXene酸化物Ti2CO2は0.44 eVのバンドギャップを持っているが、表面にH, Li, Naを吸着させた原子モデルでは、安定吸着サイトや吸着種の違いによらず、金属的なバンド構造をもつことがわかった。この結果は、化学ドーピングや電界制御ドーピングより簡便なドープ量制御や吸着量による電気伝導性制御能性を示唆しており、今後の電子素子への応用可能性を大きく広げる結果だと言える。
その他の成果として、
(1)二層グラフェンへの電子ドープが与えるバンド構造変化の理論的見積もりに成功
(2)単層Germaneneの電子特性を保つ原子層基盤の発見
(3)SiC(0001)基板上のエピタキシャルGrapeheneの構造及び電子状態の理論評価
があげられる。特に(1)の成果は当該新学術領域内の共同研究として進められた。これらの成果は連携研究者成果を含め論文3報, 学会発表7件の成果を上げた。また本プロジェクト研究成果物として1報の論文を現在作成中である。

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

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] DFT calculations on atom-specific electronic properties of G/SiC (0001)2016

    • 著者名/発表者名
      M Kajihara, T Suzuki, SMF Shahed, T Komeda, E Minamitani, S Watanabe
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 647 ページ: 39-44

    • DOI

      10.1016/j.susc.2015.12.004

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First-principles study of metalinsulator control by ion adsorption on Ti2C MXene dioxide monolayers2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ando, and S. Watanabe
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 6 号: 1 ページ: 015001-4

    • DOI

      10.7567/apex.9.015001

    • NAID

      210000137756

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic Structure of Quasi-free-standing Germanene on Monolayer MX (M=Ga, In; X=S, Se, Te)2015

    • 著者名/発表者名
      Z. Ni, E. Minamitani, Y. Ando, and S. Watanabe
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 号: 29 ページ: 19039-19044

    • DOI

      10.1039/c5cp02428e

    • 関連する報告書
      2015 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] MXene 酸化物 Ti2CO2 の原子吸着による金属化に関する第一原理計算2016

    • 著者名/発表者名
      安藤 康伸, 渡邉 聡
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学 (宮城県 仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算による二層グラフェンデバイスのキャパシタンスの解析2015

    • 著者名/発表者名
      森雄太郎, 南谷英美, 安藤康伸, 笠松秀輔, 金山薫, 長汐晃介, 渡邉聡
    • 学会等名
      第35回表面科学会学術講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study of the surface interaction between germanene and MX (M=Ga, In; X=S, Se, Te): towards germanene with Dirac-cone2015

    • 著者名/発表者名
      Zeyuan Ni, 南谷英美, 安藤康伸, 渡邉聡
    • 学会等名
      第35回表面科学会学術講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] MXene 化合物 Ti2CO2 上への原子吸着による金属絶縁体制御に関する理論研究2015

    • 著者名/発表者名
      安藤 康伸, 渡邉 聡
    • 学会等名
      第35回表面科学会学術講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 原子吸着による MXenes 酸化物 Ti2CO2 の金属化に関する第一原理計算2015

    • 著者名/発表者名
      安藤 康伸, 渡邉 聡
    • 学会等名
      第41回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      北海道大学工学部(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical analysis of the quantum capacitance of charged bilayer graphene with applied electric field2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Mori, Emi Minamitani, Yasunobu Ando, Shuusuke Kasamatsu, Kaoru Kanayama, Kosuke Nagashio, Satoshi Watanabe
    • 学会等名
      NT15
    • 発表場所
      名古屋大学, 愛知県
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-07-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Electronic structure of quasi-free-standing germanene on monolayer MX (M=Ga, In; X=S, Se, Te): density functional calculations2015

    • 著者名/発表者名
      Zeyuan Ni, Emi Minamitani, Yasunobu Ando, Satoshi Watanabe
    • 学会等名
      NT15
    • 発表場所
      Nagoya University, Nagoya, Aichi, Japan
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical analysis of the quantum capacitance of charged bilayer graphene with applied electric field2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Mori, Emi Minamitani, Yasunobu Ando, Shuusuke Kasamatsu, Kaoru Kanayama, Kosuke Nagashio, Satoshi Watanabe
    • 学会等名
      NT15
    • 発表場所
      Nagoya University, Nagoya, Aichi, Japan
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 理論計算による二層グラフェンデバイスのキャパシタンス解析2015

    • 著者名/発表者名
      森雄太郎, 南谷英美, 安藤康伸, 笠松秀輔, 金山薫, 長汐晃輔, 渡邉聡
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学, 東京都
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 二層グラフェンのキャパシタンスの第一原理計算2014

    • 著者名/発表者名
      森雄太郎, 南谷英美, 安藤康伸, 笠松秀輔, 金山薫, 長汐晃輔, 渡邉聡
    • 学会等名
      日本表面物理学会
    • 発表場所
      くにびきメッセ, 松江市, 島根県
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 電場下の二層グラフェンにおける量子キャパシタンスの 理論計算2014

    • 著者名/発表者名
      森雄太郎, 南谷英美, 安藤康伸, 笠松秀輔, 金山薫, 長汐晃輔, 渡邉聡
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      中部大学, 愛知県
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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