| 研究課題/領域番号 |
24540339
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
中西 毅 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (00301771)
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| 研究分担者 |
安藤 恒也 東京工業大学, 理工学研究科, 特命教授 (90011725)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | グラフェン / 有効質量理論 / 電気伝導 |
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| 研究概要 |
この研究では層欠陥、周期構造などナノ構造があるグラフェンの電気伝導、電子状態などを理論的に研究し、トポロジカルに特異な2次元系でのメゾスコピック現象を解明し予言することを目的とする。
今年度は最初に、表面に層欠陥を含む多層グラフェンにおいて電気伝導を有効質量近似の方法で調べた。その結果、電気伝導の谷状態に依存する異方性すなわち谷分極伝導を示した。異方性の方向は層数の偶奇性により反転し、その大きさは層数と共に減衰する。また、異方性の大きさは層欠陥の原子構造に大きく依存することを見いだした。
次に、グラフェン・ナノ構造の一例として扁平したカーボンナノチューブを調べた。扁平したカーボンナノチューブは層間相互作用があり2層グラフェンとみなせる中央部分と、単層グラフェンとみなせる端部分から構成される。実験的には太い単層ナノチューブの単離と、それに由来する扁平したカーボンナノチューブが報告されている。グラフェン・リボンに比べ、端構造に揺らぎの少ない新たな量子細線として注目される。そこで、有効質量近似の方法により、端での境界条件と、その電子構造を調べた。結合と反結合サブバンドに分かれた金属的な電子状態、および単層部分に広がり2層部分では減衰する新しい端状態を示した。この端状態はエネルギー分散を持ち、平らなバンド構造で特徴付けられるグラフェン・リボンの端状態とは異なる。
さらに、第一原理シミュレーションでは加工されたグラフェンデバイスの評価手段として近年注目されているHeイオン顕微鏡の実用性を調べ、格子像レベルの解像度が達成可能であることを実証した。さらに、レーザーによるグラフェン化学修飾の制御方法を提案した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究では、グラフェン・ナノ構造の電気伝導、電子状態を理論的に研究し、トポロジカルに特異な2次元系でのメゾスコピック現象の理論的な解明、予言を計画した。グラフェン・ナノ構造として、表面に層欠陥を含む多層グラフェンおよび扁平したカーボンナノチューブを取り上げ、その電気伝導、電子状態を調べおおむね当初計画通り研究が進んでいる。
ただし研究代表者において平成24年度後半に所内での拘束時間が多い研究管理業務が予想外に急増したため、研究成果の発表が思うように進まず滞っている。平成25年度中には状況の改善が見込まれ、これまでの研究成果を発表できる見込みである。
一方、研究分担者、連携研究者においては有効質量理論に基づく議論および第一原理シミュレーションによる研究、成果発表が当初計画通り進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初計画通りグラフェン・ナノ構造に関する電気伝導、電子状態の理論的研究を進める。表面に層欠陥を含む多層グラフェンおよび扁平したカーボンナノチューブに関する平成２４年度中の研究を継続し、得られた結果について議論を深め、トポロジカルに特異な2次元系でのメゾスコピック現象を理論的に解明すると共に、成果の発表に努める。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初参加を予定していた国際会議の出席を取りやめたため残額が生じた。次年度の別の国際会議に出席するため研究費を使用する予定である。
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