| 研究実績の概要 |
研究最終年度である今年度は、h-BN（ヘキサゴナル・ボロンナイトライド）シート２枚を、互いに逆方向へとねじって重ねた系のエネルギー論について、第一原理計算を用いて調べた。
グラフェンシート２枚を互いに逆方向へとねじって重ねた系においては、ねじれ角が６０×n度（n=0,1,2,...）付近にある時、局所的なAA積層部分と局所的なAB積層部分が周期的に繰り返すモアレパターンが現れる。AA積層とAB積層では安定な層間距離が異なるため、系にはモアレと対応して層間の距離が場所により変動するコラゲーション（凹凸）が生じることが既に報告されている。
今回、第一原理計算を行って調べた結果、h-BNシート２枚の系においてもモアレと対応するコラゲーションが生じることが発見された。グラフェンシート２枚の系では、コラゲーションの現れ方がねじれ角の関数として６０度の周期を持つのに対して、h-BNシート２枚の系では、周期が１２０度であることが分かった。
このような周期の違いは、h-BNはホウ素（B)と窒素（N）2元素からなる物質であることに対応して「AA積層に2パターン、AB積層に３パターン」が存在していて、一方、炭素（C）1元素からなるグラフェンにおいては「AA積層に１パターン、AB積層に１パターン」しか存在しない、という事実に基づいて理解することが可能であることを、明らかにした。
AA積層２パターンは、「B原子同士,N原子同士が、それぞれ直上直下」と「B原子とN原子が直上直下」。AB積層３パターンは「B原子同士は直上直下、N原子はhollowサイトに位置」と「N原子同士は直上直下、B原子はhollowサイトに位置」と「１枚目のシートのB原子と２枚目のシートのN原子が直上直下、１枚目のシートのN原子と２枚目のシートのB原子がhollowサイトに位置」。
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