2018 年度研究成果報告書

３次元ナノ多孔質グラフェンへの窒素・リン・ホウ素置換による電子状態制御

研究課題

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研究課題/領域番号	17K14074
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	ナノ構造物理
研究機関	東北大学
研究代表者	田邉洋一東北大学, 理学研究科, 助教 (80574649)
研究協力者	伊藤良一
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード	ナノポーラス / 窒素ドープ
研究成果の概要	窒素ドープ3次元ナノ多孔質グラフェンの電子状態を明らかにすることを目的として輸送特性の測定を行った。磁気抵抗効果とホール抵抗の測定からは、窒素ドープによる散乱効果と電子ドープを示す負の磁気抵抗効果の増大とホール抵抗の符号反転を観測した。電気2重層トランジスタの伝達特性からは、母物質と比較して10-25倍程度電気抵抗が増大することを観測したが、抵抗on/off比は母物質における4-5程度に対して9-10程度への増大にとどまることから、窒素ドープにより0.1-0.2 eV程度のバンドギャップの形成が報告されているグラフェンとは電子状態への窒素置換効果が異なることが明らかになった。
自由記述の分野	グラフェン
研究成果の学術的意義や社会的意義	3次元多孔質グラフェンは広大な総表面積から水素発生電極や水蒸気発生装置への利用が期待されるが、機能向上に欠かせない窒素ドープにより電子状態にどのような変化があるのかこれまで明らかになっていなかった。本研究から、窒素ドープにより伝導電子の散乱効果の増大と電子注入が起る一方で、半導体ギャップの形成の様な電子状態の大きな変化が明確には起こっていないことが明らかになった。