| 研究課題/領域番号 |
15H03521
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| 研究機関 | 京都産業大学 |
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研究代表者 |
内田 和之 京都産業大学, 理学部, 准教授 (10393810)
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| 研究分担者 |
岩田 潤一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (70400695)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ナノサイエンス / グラフェン / モアレ |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、グラフェンを2枚重ねた場合のエネルギーが、2枚を互いに逆方向へとねじる角度の関数としてどのように振る舞うのかを調べた。
先行研究は複数例ある。ある研究はエネルギーがねじれ角の関数として振動すると報告している。また別のある研究データには、そのような振動が見られない。両者の違いが何に起因するのか、対応する実験では何が予測されるのかといった考察が、一切なされていなかった。
本年度の研究では、まずは前者の先行研究を再現すべく「グラフェン円盤を2枚重ねてから互いに逆方向へとねじった系を, 経験ポテンシャルで調べた計算」を開始した。必要なプログラムのコーディングからスタートして先行研究のデータを再現し、確かにエネルギー振動があることを確かめた。続いて得られた結果を解析することによって、次のような新しい知見を見いだした：
エネルギー振動の起源は、モアレ模様である。グラフェン2枚を重ねて互いに逆方向へとねじった系では、2枚の原子層の重なりが「ある場所では局所的にAA積層」「別のある場所では局所的にAB積層」のように、場所に応じて異なる。つまり積層にモアレがある。グラフェン2枚のモアレ模様は、全体として三角格子をなす。この三角格子のスケールが、ねじれ角に応じて変化する。2枚のグラフェンの重なり方の中で、AA積層だけが特異的に高エネルギー、他の積層たちはそれほどエネルギー差が無い。グラフェン円盤2枚を重ねた系からにおいては、ねじれ角を変化させるとモアレ模様のスケールが変化し、対応してAA積層の箇所が占める割合が変化する。AA積層の割合が少ないほど安定、多いほど不安定なのであるから、ねじれ角の関数としてエネルギーが振動することになるのである。この効果は系に端がある限り、系のサイズとは無関係に存在する。先行研究の結果が様々であるのは、計算モデルに端が有るか無いかを反映すると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
申請時の計画で初年度および2年目に計画していた「モアレの物質科学」（さまざまな物質種の原子レベル薄膜物質を、モアレが生じる形で積層した時の電子構造と原子構造を調べて、比較対照すること）はおおむね順調に進んでいる。しかしながら、来年度（3年目）以降に計画していた「モアレと熱伝導性」「モアレと磁性」「モアレと電気伝導性」の研究を開始するための準備（必要なプログラムの開発）が当初の想定よりは遅れている。その為に、全体としては「やや遅れている」と報告する。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度（3年目）以降に計画していた「モアレと熱伝導性」「モアレと磁性」「モアレと電気伝導性」の研究を開始するために必要なプログラムの開発に、特に注力する計画である。またそれと同時に、当初の計画をやや変更して「モアレの物質科学」に関しても研究を継続し、両者の相乗を図りたい。
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