第一原理計算手法を用いたナノグラフェン・デバイスの理論設計

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19310094
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 草部 浩一 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (10262164)
• 研究分担者: 若林 克法 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (50325156)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: ナノデバイス造形 / ナノグラファイト / FET

研究概要

微細構造形成が可能なナノグラフェンの特異なフェルミ面効果であるエッジ状態の物理に基づき、密度汎関数理論を含む第一原理計算理論に基づく有効理論により、ナノグラフェン伝導素子の伝導特性を理論的に解明した。伝導チャンネルのエッジ形状を電極接合界面やナノグラフェン・基板間界面の活用によって制御すると、素子特性を大きく制御できる。さらに、外部静電磁場印加や化学種の導入、接合面形成により素子を形成・制御する方法を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Edge state and flat band of graphene nanoribbons with edge modification (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi, Susumu Okada, Ryutaro Tomita, Shigeo Fujimoto, Yuhei Natsume
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 34706 ページ: 7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic transport properties of disordered graphene nanoribbons (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi, Yositake Takane, Manfred Sigrist
  • 雑誌名: J. Phys: Conf. Ser vol.150 ページ: 022097
  • 査読あり
• [雑誌論文] A quadratic form of the Coulomb operator and an optimization scheme for the extended Kohn-Sham models (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 雑誌名: J. Phys. Condens. Metter 064212-1-4 ページ: 21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stacking-fault structure explains unusual elasticity of nanocrystalline diamonds (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tanei, K. Tanigaki, K. Kusakabe, H. Ogi, N. Nakamura, M. Hirao
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 041914-1-3 ページ: 94
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductance Distribution in Disordered Quantum Wires with a Perfectly Conducting Channel (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takane, S. Iwasaki, Y. Yoshioka, M. Yamamoto, K. Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn vol.78,No.3 ページ: 034717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nearly Perfect Single-Channel Conduction in Disordered Armchair Nanoribbons (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamamoto, Yositake Takane, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B vol.79 ページ: 125421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge effect on electronic transport properties of graphene nanoribbons and presence of perfectly conducting channel (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi, Yositake Takane, Masayuki Yamamoto, Manfred Sigrist
  • 雑誌名: CARBON(Elsevier) vol.47 ページ: 124-137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of electric current by graphene edge structure engineering (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamamoto, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters vol.95 ページ: 082109(1)-082109(3)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic transport properties of graphene nanoribbons (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi, Yositake Takane, Masayuki Yamamoto, Manfred Sigrist
  • 雑誌名: New Journal of Physics vol.11 ページ: 095016(1)-095016(21)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Determination Method of the Workfunction using the Slab Model with a First-Principles Electronic Structure Calculation (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikuno, K. Kusakabe
  • 雑誌名: Surf. Sci. Nanotech Vol.6 ページ: 103-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductance Fluctuation in Disordered Wires with Perfectly Conducting Channels (2008)
  • 著者名/発表者名: Yositake Takane, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn vol.77,No.5 ページ: 054702(1)-054702(6)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced conductance fluctuation due to the zero-conductance Fano resonances in the quantum point contact on graphene (2008)
  • 著者名/発表者名: K Wakabayashi, M Sigrist
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn vol.77,No.11(Letters) ページ: 113708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peculiar Electronic Transport Properties of Nano-Graphenes (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Solid vol.69 ページ: 1162-1164
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin and Charge Transport Properties in Quasi-One Dimensional Anomalous Hall Systems, Proceedings of 28th International Conference on the Physics of Semiconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi, Manfred Sigrist
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc vol.893 ページ: 1269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of the Mott insulating transition by the multi-reference density functional theory (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe, J. Phys
  • 雑誌名: Condens. Matter 19 ページ: 365229-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] A self-consistent first-principles calculation scheme for correlated electron systems (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe, N. Suzuki, S. Yamanaka, K. Yamaguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Condens. Matter 19 ページ: 445009-1-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perfectly Conducting Channel and Universality Crossover in Disordered Graphene Nanoribbons (2007)
  • 著者名/発表者名: K Wakabayashi, Y Takane, M Sigrist
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 99 ページ: 036601(1)-036601(4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductance of Disordered Wires with Unitary Symmetry: Role of Perfectly Conducting Channels (2007)
  • 著者名/発表者名: Yositake Takane, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn vol.76(Letters) ページ: 053701(1)-053701(4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Averaged Conductance of the Three-Edge Chalker-Coddington Model (2007)
  • 著者名/発表者名: Yositake Takane, Katsunori Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn vol.76(Letters) ページ: 083710
  • 査読あり
• [学会発表] Peculiar Electronic and Transport of Graphene Nanoribbons (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayash
  • 学会等名: MANA Symposium 2010
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市
  • 年月日: 2010-03-03
• [学会発表] Peculiar Low-Energy Physical Properties of Nanographenes (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi(NIMS)
  • 学会等名: MANA Seminar
  • 発表場所: 物質・材料研究機構MANA棟, 茨城県つくば市
  • 年月日: 2010-01-29
• [学会発表] Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: Indo-Japan Conference on "Graphene", Jawharlar Nehru Center for Advanced Scientific Research (JNCASR)
  • 発表場所: インド、バンガロール
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] Electronic Transport Properties of Graphene Nanoribbons: Effect of Edge and Geometry (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: ICCMSE2009
  • 発表場所: ギリシア、ロドス
  • 年月日: 2009-09-30
• [学会発表] 埋め込まれたエッジ状態をもつグラフェン/酸化物界面構造の理論設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 草部浩一
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学、熊本
  • 年月日: 2009-09-28
• [学会発表] Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: KIAS Workshop on Physical Properties of Graphene, Korea Institute for Advanced Science(KIAS)
  • 発表場所: 韓国ソウル市
  • 年月日: 2009-06-29
• [学会発表] Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: NIMS CMS Seminar
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2009-06-10
• [学会発表] Edge Shape and Magnetic Field Effects on Electronic Transport Properties of Graphene Nanoribbons (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayash
  • 学会等名: 15th International Symposium on Intercalation Compounds
  • 発表場所: 精華大学(中国北京市)
  • 年月日: 2009-05-12
• [学会発表] A series expansion of the Coulomb operator for optimization scheme of the multi-reference density functional theory (2009)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kusakabe, Isao Maruyama
  • 学会等名: 2009 APS March Meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, USA
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] Possible nano-spintronics devices with graphene as electron wave guides (2009)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kusakabe
  • 学会等名: 2009 APS March Meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, USA
  • 年月日: 2009-03-16
• [学会発表] Theoretical Design of Graphene Device Structure with Embedded Edge States (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: Okazaki Conference, From Aromatic Molecules to Graphene: Chemistry, Physics and Device Application
  • 発表場所: Okazaki Conference Center
  • 年月日: 2009-02-21
• [学会発表] Electronic Transport Properties of Graphene Nanoribbons (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: Okazaki Conference 2009, From Aromatic Molecules to Graphene: Chemistry, Physics and Device Applications
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市
  • 年月日: 2009-02-21
• [学会発表] Theoretical Design of Graphene Device Structure with Embedded Edge States (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: Supercomputing in Solid State Physics 2009
  • 発表場所: ISSP, Univ. Tokyo
  • 年月日: 2009-02-16
• [学会発表] 半導体ナノスピントロニクスデバイスへのグラフェン電極利用の可能性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 草部浩一
  • 学会等名: ワークショップ炭素材料の界面・層間ナノスペースの解析と利用
  • 発表場所: 大阪電気通信大学、大阪市
  • 年月日: 2009-02-10
• [学会発表] Peculiar Quantum Transport Properties of Graphene Nanoribbons (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: International Symposium on "Graphene Device: Technology, Physics and Modeling"(ISGD2008)
  • 発表場所: 会津大学(会津若松市)
  • 年月日: 2008-11-18
• [学会発表] A possible nano-scale device structure with a graphene wave guide (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: 4th Handai Nano. -Sci. Nano. -Tech. Int Sympo
  • 発表場所: Osaka Univ. Osaka
  • 年月日: 2008-09-29
• [学会発表] グラフェン研究の焦点-新しい挑戦- (2008)
  • 著者名/発表者名: 若林克法
  • 学会等名: 日本物理学会(岩手大学)
  • 発表場所: 岩手県盛岡市
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Electronic Transport Properties of Disordered Graphene Nanoribbons (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi, Y. Takane, M. Sigrist
  • 学会等名: 25th International Conference on Low Temperature Physics (LT25)
  • 発表場所: RAI Conference Center, オランダ、アムステルダム
  • 年月日: 2008-08-07
• [学会発表] Perfectly Conducting Channel of Disordered Nanographene Ribbons (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi, Y. Takane, M. Sigrist
  • 学会等名: 29th International Conference on Physics of Semiconductor (ICPS2008)
  • 発表場所: ブラジル、リオデジャネイロ
  • 年月日: 2008-07-28
• [学会発表] An optimization scheme of the extended Kohn-Sham model determined by the multi-reference density functional theory (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: Int. Conf. on Quantum Simulators and Design (QSD2008)
  • 発表場所: Miraikan, Tokyo
  • 年月日: 2008-06-02
• [学会発表] Theoretical Design of Graphene Junction Structures with Graphite Edge States (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: Int. Conf. on Quantum Simulators and Design (QSD2008)
  • 発表場所: Miraikan, Tokyo
  • 年月日: 2008-06-01
• [学会発表] Study on Materials Design and Device Design Based on Computational Materials Science (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Materials Science and Nano-Engineering
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji
  • 年月日: 2007-12-03
• [学会発表] Possible nano-graphene device structures: A design and a simulation (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: Yukawa International Seminar 2007 "Interaction and Nanostructural Effects in Low-Dimensional Systems"
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2007-11-12
• [学会発表] An N representability problem on a twisted boundary condition for the multi-reference density functional theory (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: The 10th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Hiroshima University, Higashi-Hiroshima
  • 年月日: 2007-10-29
• [学会発表] 領域4シンポジウム「グラファイトからグラフェンへ」 (2007)
  • 著者名/発表者名: 若林克法
  • 学会等名: 日本物理学会(北海道大学)
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2007-09-23
• [学会発表] 第一原理計算による構造探索と新機能窒化物の設計 (2007)
  • 著者名/発表者名: 草部浩一
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学, 札幌
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] Multi-reference density functional theory for Mott's insulators and electron-electron interaction mediated superconductivity (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: ISSP Int. Workshop and Symposium on Fundations and Applications of the Density Functional Theory
  • 発表場所: 物性研究所, 柏
  • 年月日: 2007-08-02
• [学会発表] Peculiar Electronic Transport and Magnetic Properties of Nano-Graphene Ribbons (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: International Workshop "Advances in Physics and Applications of Low-Dimensional Systems", International Center for Condensed Matter Physics
  • 発表場所: ブラジル、ブラジリア
  • 年月日: 2007-07-12
• [学会発表] Unconventional Electronic Transport Properties of Disordered Nano-Graphenes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi
  • 学会等名: 14th International Symposium on Intercalation Compounds
  • 発表場所: 韓国ソウル市
  • 年月日: 2007-06-23
• [学会発表] Determination of the Mott insulating transition by the multi-reference density functional theory (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kusakabe
  • 学会等名: Int. Conf. Strongly Correlated Electron Systems, SCES'07
  • 発表場所: Houston, USA
  • 年月日: 2007-05-18
• [図書] Low-Energy Physical Properties of Edge States in Nano-Carbon Systems (2007)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Wakabayashi
  • 総ページ数: 334
  • 出版者: Springer