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2011 年度 実績報告書

新型多機能ナノチューブデバイスのデザイン

計画研究

研究領域カーボンナノチューブナノエレクトロニクス
研究課題/領域番号 19054013
研究機関大阪大学

研究代表者

安食 博志  大阪大学, 大学院・工学研究科, 特任教授 (60283735)

研究分担者 赤井 久純  大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70124873)
広瀬 喜久治  大阪大学, 大学院・工学研究科, 特任教授 (10073892)
草部 浩一  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (10262164)
森川 良忠  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80358184)
キーワードカーボンナノチューブ / 第一原理計算 / 光吸収 / 電子状態 / 電子輸送 / 界面
研究概要

新型多機能ナノチューブデバイズの提案に向けて,以下のような成果が得られた.
1 ナノチューブにおける垂直偏光励起子の波動関数を計算するために見出したダイナミカルな電子-正孔交換相互作用を一般的な場合についても導出した。これにより、ナノチューブだけでなく量子ドット中の励起子などの一般的な場合で、電子-正孔交換相互作用(反電場効果)を含む正しい波動関数を計算することが可能になった。
2 密度汎関数法計算により、ナノチューブと金属原子・分子間相互作用に与える力学変形効果の評価手法を確立した。アルゴン照射・原子状水素暴露によるエッチング法が、多入力・多出力型デバイスのチャンネル形成に応用できることを計算によって示した。
3 ドープされたナノチューブからつくられるヘテロ構造の電子状態とその電子輸送の第一原理計算を実行するために、計算量がN(チューブの軸長)の1乗にしか比例しない計算法を開発した。この手法を用いてCNTヘテロ構造の電気伝導の計算が可能になった。
4 第一原理電子状態・輸送特性計算により、グラフェンを用いたスピントロニクスデバイス用のスピンフィルター素子をデザインした。単層の硼素・窒素膜でグラフェン膜を囲み、スピン分極したエッジ準位を用いたデバイスは、従来のアンチドットを用いて作成したフィルター素子よりも高いスピン分極した輸送特性を示すことを発見した。
5 カーボンナノチューブ、および、有機半導体と金属電極との界面での電子準位接続について、第一原理電子状態計算手法を用いて研究行った。界面での電子準位接続は、分子と金電極との距離に大きく依存することがわかった。この知見をもちいて、ストレスを分子/金属界面に印加することにより界面電子準位接続を自在に制御する原理を提案した。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (14件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Exciton States and Optical Properties of Carbon Nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      H.Ajiki
    • 雑誌名

      J.Phys.Cond.Matt.

      巻: (掲載確定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Simulation of Deformed Carbon Nanotubes with Adsorbed Metal Atoms : Enhanced Reactivity by Deformation2011

    • 著者名/発表者名
      Naoki Hosoya, Koichi Kusakabe, S.Uma Maheswari
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 50 ページ: 105101-1-105101-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.105101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-space calculations for electron transport properties of nanostructures2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ono, S.Tsukamoto, Y.Egami, Y.Fujimoto
    • 雑誌名

      J.Phys. : Condens.Matter

      巻: 23 ページ: 394203 1-13

    • DOI

      10.1088/0953-8984/23/39/394203

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles study on atomic configuration of electron-beam irradiated C_<60> film2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ono, S.Tsukamoto
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 84 ページ: 165410 1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.165410

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fully spin-dependent transport of triangular graphene flakes2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ono, T.Ota, Y.Egami
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 84 ページ: 224424 1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.224424

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorption of Benzene on Noble Metal Surfaces Studied by Density Functional Theory with van der Waals Correction2011

    • 著者名/発表者名
      K.Toyoda, I.Hamada, S.Yanagisawa, Y.Morikawa
    • 雑誌名

      J.Nanoscience and Nanotech.

      巻: 11 ページ: 2836-2843

    • DOI

      Doi:10.1166/jnn.2011.3909

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Density Functional Theoretical Study of Perfluoropentacene/Noble Metal Interfaces with van der Waals Corrections : Adsorption States and Vacuum Level Shifts2011

    • 著者名/発表者名
      K.Toyoda, I.Hamada, K.-H.Lee, S.Yanagisawa, Y.Morikawa
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C

      巻: 115 ページ: 5767-5772

    • DOI

      10.1021/jp1107262

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorption of Alq3 on Mg(001) surface : Role of chemical bonding, molecular distortion, and van derWaals interaction2011

    • 著者名/発表者名
      S.Yanagisawa, I.Hamada, K.H.Lee, D.C.Langreth, Y.Morikawa
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 83 ページ: 235412-1-235412-5

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.83.235412

    • 査読あり
  • [学会発表] Simulation of nanoscale etching for nanotube and graphene devices2012

    • 著者名/発表者名
      草部浩一
    • 学会等名
      2012 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      Moscone West Convention Center, San Fransisco, California(米国)
    • 年月日
      2012-04-12
  • [学会発表] Nano-Optics in Semiconductor Nanostructur2012

    • 著者名/発表者名
      安食博志
    • 学会等名
      Workshop on Multiscale Modeling and Computation of Nano-Optics
    • 発表場所
      Kellogg Center, Michigan State University(米国)(招待講演)
    • 年月日
      2012-04-07
  • [学会発表] Direct imaging of edges in graphene nanoholes : atomic structure, zeromode edges states, and electronic scattering2012

    • 著者名/発表者名
      Ziatdinov Maxim, 藤井慎太郎, 草部浩一, 木口学, 森健彦, 榎敏明
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫県)
    • 年月日
      2012-03-27
  • [学会発表] ナノチューブ/金界面での電子準位接続の制御によるnチャンネルの発現:第一原理的研究2012

    • 著者名/発表者名
      西郷登洋, 柳澤将, 森川良忠
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2012-03-17
  • [学会発表] ナノ構造の輸送特性シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      小野倫也
    • 学会等名
      第25期CAMMフォーラム本例会
    • 発表場所
      表参道「アイビーホール」(東京都)(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-12
  • [学会発表] Wave Function of Perpendicularly Polarized Exciton in Carbon Nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      安食博志
    • 学会等名
      Workshop on Carbon Nanotube in Commemoration of the 20th Anniversary of its Discovery
    • 発表場所
      国際文化会館(東京都)
    • 年月日
      2011-12-12
  • [学会発表] Role of the can der Waals interaction at organic/metal interfaces : energetics, adsorption geometry, and energy level alignment2011

    • 著者名/発表者名
      S.Yanagisawa, T.Saigo, Y.Morikawa
    • 学会等名
      The 6^<th> Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications
    • 発表場所
      加賀温泉(石川県)
    • 年月日
      2011-11-25
  • [学会発表] Theoretical study of dipole layer formation at organic/metal interfaces2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Morikawa, K.Toyoda, I.Hamada, S.Yanagisawa
    • 学会等名
      The 6^<th> Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications
    • 発表場所
      加賀温泉(石川県)
    • 年月日
      2011-11-25
  • [学会発表] Spin-polarized current through graphene nanoflake2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ono
    • 学会等名
      The 6th Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications
    • 発表場所
      加賀温泉(石川県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-24
  • [学会発表] 界面反応の第一原理シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      森川良忠
    • 学会等名
      CMSI元素戦略WG「電池材料の部」実験計算連携検討会
    • 発表場所
      東大本郷キャンパス(東京都)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] Transport properties of heterostructures2011

    • 著者名/発表者名
      H.Akai
    • 学会等名
      Quantum Simulations and Design
    • 発表場所
      Dresden(ドイツ)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-29
  • [学会発表] ダイナミカルな電子-正孔交換相互作用:カーボンナノチューブの垂直偏光励起子からの考察2011

    • 著者名/発表者名
      安食博志
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] 新型多機能ナノチューブデバイスのデザイン2011

    • 著者名/発表者名
      安食博志
    • 学会等名
      特定領域研究「カーボンナノチューブナノエレクトロニクス」第1回全体研究会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] Electron-Hole Exchange Interaction of Perpendicularly Polarized Exciton in Carbon Nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      安食博志
    • 学会等名
      4th Workshop on Nanotube Optics and Nanospect roscopy
    • 発表場所
      University of Bordeaux 1(フランス)
    • 年月日
      2011-05-29
  • [図書] シミュレーション辞典2012

    • 著者名/発表者名
      森川良忠(分担執筆)
    • 総ページ数
      272-272
    • 出版者
      コロナ社
  • [図書] カーボンナノチューブ・グラフェンハンドブック2011

    • 著者名/発表者名
      安食博志(分担執筆)
    • 総ページ数
      163-166
    • 出版者
      コロナ社
  • [図書] 密度汎関数法の発展-マテリアルデザインへの応用-2011

    • 著者名/発表者名
      赤井久純、白井光雲, 他
    • 総ページ数
      3-25,209-229
    • 出版者
      シュプリンガージャパン

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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