グラフェン関連物質における境界面効果の電子物性理論

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23310083
• 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: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 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, MANA独立研究者 (50325156)
• 研究分担者: 岡田 晋 筑波大学大学院, 数理物質科学研究科, 教授 (70302388)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: グラフェン / 理論 / ナノリボン / エッジ状態 / 磁性 / 原子膜 / 遷移金属ダイカルコゲナイド系物質 / 電子輸送

研究概要

グラフェンおよび関連物質において、その電子物性が端や界面などの境界面によって強く変調を受けることを、理論・数値計算によって解析によって明らかにした。境界面に出現する特異な磁性状態では、キャリアドーピングによって、電荷およびスピンの励起ギャップが消失し、金属化することを見出した。さらに、コーナーエッジにおける特異な電子干渉効果などを発見した。また、グラフェン２重層系と呼ばれる、グラフェンと各種原子膜を人工的に積層した系における電子伝導特性を理論解析することで、デバイス設計に必要なる基礎理論を整備・提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Formation Mechanism of Bound States in Graphene Point Contacts (2014)
  • 著者名/発表者名: H. -Y. Deng, K. Wakabayashi, C. -H. Lam
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 045423
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.045423
  • 査読あり
• [雑誌論文] グラフェンのエッジ効果理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若林克法
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 第82巻12号 ページ: 1050-1053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological and edge state properties of a three-band model for Sr2Ru4 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Imai, K. Wakabayashi and M. Sigrist
  • 雑誌名: Phys. RevB 巻: 88 ページ: 144503
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.144503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topologicar Aspects and Transport Properties of Edge States in the Multi-band Superconductor Sr2RO4 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Imai, K. Wakabayashi, and M. Sigrist
  • 雑誌名: J. Korean Phys. Doc. 巻: vol.63 ページ: 4470-474
  • DOI: 10.3938/jkps.63.470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dielectric Environment Effect on Carrier Mobility of Graphene Double-Layer Structure (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hosono and K. Wakabayashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: vol.103 ページ: 033102
  • DOI: 10.1063/1.4813821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge State Induced Metallicity in Zigzag BC3 Ribbons (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Dutta and K. Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: vol.1 ページ: 4854
  • DOI: 10.1039/C3TC31136H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coulomb Impurities Dominated Carrier Scattering in Atomically Thin Field-Effect Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: S. -L. Li, K. Wakabayashi, Y. Xu, S. Nakaharai, K. Komatsu, W. Li, Y. -F. Lin, A. Aparecido-Ferreira and K. Tsukagoshi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 13(8) ページ: 3546-3552
  • DOI: 10.1021/n14010783
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mode-Matching Approach to Current Blocking Effect in Graphene Nanoribbons (2013)
  • 著者名/発表者名: H. -Y. Deng, K. Wakabayashi, and C. -H. Lam
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: vol.82 ページ: 104707
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.104707
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノグラフェンの物性, 特集 : 物理化学、この一年 (2012)
  • 著者名/発表者名: 若林克法
  • 雑誌名: パリティ 巻: 1月号
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous energy-gap behaviour of armchair BC3 ribbons due to enhanced π-conjugation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Dutta and K. Wakabayashi
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry (RSC) 巻: vol.22 ページ: 20881-20884
  • DOI: 10.1039/C2JM34881K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning Charge and Spin Excitations in Zizag Edge Nanographene Ribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Dutta and K. Wakabayashi
  • 雑誌名: Scientific Reports (NPS) 巻: vol.2 ページ: 519
  • DOI: 10.1038/srep00519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge states in spin-triplet two-band superconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Imai, K. Wakabayashi and M, Sigrist
  • 雑誌名: Phys. Rev B 巻: 85 ページ: 174532
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.174532
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscale and edge effects on electronic properties of graphene (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi and S. Dutta
  • 雑誌名: Solid States Communications 巻: vol.152 ページ: 1420-1430
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2012.04.025
  • 査読あり
• [雑誌論文] A single particle Hamiltonian for electro-magentic properties of graphene nanoribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, K. Wakabayashi, Y. -W. Son, and Y. Miyamoto
  • 雑誌名: CARBON(Elsevier) 巻: vol.50 ページ: 3454-3458
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2012-03.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Response of Conductance Peak Structure in Junction-Confined Graphene Nanoribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto and K. Wakabayashi
  • 雑誌名: Nanoscale (RSC) 巻: 4 ページ: 1138-1145
  • DOI: 10.1039/C1NR11056J
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic states and local density of states in graphene with a corner edge structure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimomura, Y, Takane, and K. Wakabayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 80 ページ: 054710
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.054710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tight-binding approach to initial stage of the graphitization process on a vicinal SiC surface (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Inoue, Y. Kangawa, K. Wakabayashi, H. Kageshima and K. Kakimoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 038003
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.038003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Wave Function in Armchair Graphene Nanoribbons (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, K. Wakabayashi, and T. Enoki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 80 ページ: 044710
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.044710
  • 査読あり
• [学会発表] Electronic transport properties of graphene-based nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA, NIMS)
  • 学会等名: Internationa Conference on Smal Science (ICSS2013)
  • 発表場所: Las Vegas, Nevada, USA
  • 年月日: 20131215-18
• [学会発表] Sudipta Dutta, Tuning Charge and Spin Excitations in Nanoscale Graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA, NIMS)
  • 学会等名: NSC/NIMS/NTU Workshop on Academic Collaboration
  • 発表場所: Conference Room 203 of CoE, National Taiwan University (TU), Taiwan
  • 年月日: 20130110-11
• [学会発表] Electronic transport and magnetic properties of graphene nanoribbons (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nakabayashi (WPI-MANA, NIMS)
  • 学会等名: SPIE Optics+Photonics SanDiego Convention Center
  • 発表場所: San Diego, California, United States
  • 年月日: 2013-08-29
• [学会発表] Sudipta Dutta, Edge Effect on Charge and Spin Excitations in Nanoscale Graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA, NIMS)
  • 学会等名: MANA International Sympozium 2013
  • 発表場所: Epochal Tsukuba
  • 年月日: 2013-03-01
• [学会発表] Electron transport and magnetism of nanoscale graphene (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: The 6th Internationa Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2012)
  • 発表場所: Ha Long City, Vietnam
  • 年月日: 20121030-1102
• [学会発表] Electron transport and magnetic properties of graphene nanoribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: 1st International Conference of Emerging Advanced Nanomaterials (ICEM2012), 6D-IL-5, Session 6D : Theory and Magnetism of Nanomaterials
  • 発表場所: Mercure Hotel, Brisbane, Queensland, Australia
  • 年月日: 20121022-25
• [学会発表] Electron transport and magnetic properties of graphene nanoribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (NIMS)
  • 学会等名: B-10 Nano Carbon Materials, IUMRS-ICEM2012
  • 発表場所: パシフィコ横浜,横浜市
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] Electron transport and magnetism of graphene nanoribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism 2012 (ICSM2012)
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2012-05-01
• [学会発表] Electron transport and magnetism in nanographene and ribbons (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Wakaayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: India-Japan Symposium on Graphene
  • 発表場所: Kuramae-Kaikan, Tokyo Institute of Technology, Tokyo
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: UK-Japan Graphene Conference
  • 発表場所: Lakeside Hotel Windermere, Lake District, UK
  • 年月日: 20111115-18
• [学会発表] Edge and nanoscale effect on electronic properties of graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Epitaxial Graphene (STEG3)
  • 発表場所: St. Augustine, Florida, USA
  • 年月日: 20111024-27
• [学会発表] Edge effect on magnetic and transport properties of graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (WPI-MANA/NIMS)
  • 学会等名: Recent Progress in Graphene Research
  • 発表場所: SKKU, Suwon, Korea
  • 年月日: 20111003-06
• [学会発表] Nanogcale Edge Effect on Electronic Transport Properties of Graphene - Role of Zigzag and Armchair Edge - Localisation 2011 (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (NIMS)
  • 学会等名: Satellite Conference of LT26
  • 発表場所: Pohan, South Korea
  • 年月日: 20110804-07
• [学会発表] グラフェンの電子物性とナノスケール効果(講義) (2011)
  • 著者名/発表者名: 若林克法(物材機構)
  • 学会等名: 第56回物性若手夏の学校,講義(3h x 3days)
  • 発表場所: ホテルエバーグリーン富士,山梨県富士吉田市
  • 年月日: 20110801-04
• [学会発表] Quantum Electronic Transport and Magnetic Properties of Graphene Nanoribbons (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (MANA/NIMS)
  • 学会等名: International Conference "Advanced Carbon Nanostructures"
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
  • 年月日: 20110704-08
• [学会発表] Quantum Electronic Transport and Magnetic Properties of Graphene Nanoribbons (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Wakabayashi (MANA/NIMS)
  • 学会等名: Graphene 2011 -IMAGINENANO-
  • 発表場所: Bilbao Exhibition Center, Bilbao, Spain
  • 年月日: 20110411-14
• [学会発表] グラフェンナノリボン・エッジ電子物性の理論 (2011)
  • 著者名/発表者名: 若林克法(NIMS)
  • 学会等名: 日本物理学会, 2011年秋季大会,領域7,4,9合同シンポジウム「グラフェン物性の新展開」
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] グラフェンナノ構造における電子物性の理論解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 若林克法(NIMS)
  • 学会等名: 2011年応用物理学会学術講演会,シンポジウム「ナノカーボン材料の最新動向(3) : グラフェンおよびナノチューブ」
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] グラフェンにおける電子伝導理論 (2011)
  • 著者名/発表者名: 若林克法(NIMS)
  • 学会等名: SEMI Forum Japan 2011(SFJ2011), グラフェン研究の最前線
  • 発表場所: グランキューブ大阪(大阪国際会議場)
  • 年月日: 2011-06-01
• [図書] Physics and Chemistry of Graphene: Graphene to Nanographene (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Enoki T. Ando Eds.
  • 出版者: Pan Stanford Publishing(ISBN-13:978-9814241489)
• [図書] Graphene Nanoelectronics: Metrology, Synthesis, Properties and Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Raza
  • 出版者: Springer-Verlag(ISBN-13:978-3642204678)
• [図書] グラフェンの最先端技術と拡がる応用展望 (2012)
  • 著者名/発表者名: 尾辻泰一編
  • 出版者: フロンティア出版(ISBN:978-4-902410-24-2)
• [図書] グラフェンが拓く材料の新領域-物性・作成から実用化まで- (2012)
  • 出版者: NTS出版(ISBN:978-4-86469-035-5)
• [図書] グラフェンの機能と応用展望II (2012)
  • 出版者: シーエムシー出版(ISBN:978-4-7813-0677-3)
• [図書] Graphene and its Fascinating Attributes (2011)
  • 著者名/発表者名: S. K. Pati, T. Enoki, and C. N. R. Rao Eds
  • 出版者: Word Scientific Publishing(ISBN:978-9814329354)
• [図書] グラフェン・イノベーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 日経エレクトロニクス編集
  • 出版者: 日経BP社(ISBN:978-4-8222-0299-6)
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/qphys/