| 研究課題/領域番号 |
19K15513
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
飯田 健二 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (20726567)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 第一原理計算 / 電圧 / 界面 / 層状物質 |
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| 研究実績の概要 |
2020年度は、電圧の印加による電子移動の機構を解析した。数原子程度の層からなる電極系を精密に作成することが可能となってきている。そして、バルクの金属を電極とする場合とは電圧依存性が大きく異なることが実験から報告されている。例えばグラフェンを電極とすると、その状態密度が小さいことに由来して、電圧の印加によって多彩な電子物性変化が生じることが知られている。近年では、グラフェンを電極とする材料の機能を制御するという観点から、グラフェンと様々な有機分子からなる系の研究が行われている。しかし、有機分子をグラフェンに積層することで電圧依存性がどのように変化するのか、メカニズムについての詳細は良く分かっていなかった。
これまで、電圧の印加にともなう電子の流出入と電極電場の両者を取り込んで電子物性を計算する理論的手法を開発し、電圧依存性を原子や電子のレベルで明らかにしてきた。そこで、開発した手法を用いて、pドーピングに広く使われている有機分子(F4TCNQ)をグラフェンに積層した系の電圧依存性を計算した。その結果、電圧の印加に伴ってグラフェンに電子が注入されて、バンドエネルギーがシフトすることが分かった。これは、グラフェンの状態密度が非常に小さいことに由来する。更に、印加電圧による電子密度変化について、電極電場を取り除いた参照系と比較したところ、F4TCNQとグラフェンの間の電子移動の大きさが電極電場によって決定づけられていることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
電極界面における印加電圧による電子物性変化の機構を明らかにして、その成果を論文として報告した。また、当初の計画には無かったが、光と電圧の両者を利用する系の多くでは溶液が用いられるため、溶媒和を取り込むための手法を計算プログラムに実装した。従って、当初の予定通り順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究を通じて、貴金属ナノ粒子-金属酸化物や層状物質-有機分子の界面において光や電位差によって誘起される電子移動の機構を明らかにしてきた。2021年度は、これまでの知見を基にして、薄膜と金属ナノ粒子の界面における光と電圧の両者を用いた電子移動の機構を解析する。そして光と電圧の相乗効果を利用するための理論的指針を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型ウィルスの問題により、予定していた出張を全てキャンセルした。状況が終息した後に、国内外での発表や意見交換のための出張を精力的に行う予定である。
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