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2016 年度 実績報告書

ナノ炭素物質と無機半導体からなる複合構造におけるナノ界面物性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25246010
研究機関筑波大学

研究代表者

岡田 晋  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)

研究分担者 山本 貴博  東京理科大学, 工学部教養, 准教授 (30408695)
松田 一成  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)
西永 慈郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 太陽光発電研究センター, 研究員 (90454058)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2017-03-31
キーワードナノ界面物性 / ナノ炭素物質 / 半導体
研究実績の概要

近年、低次元/ナノスケール物質からなる複合構造体の構築と、そのデバイス応用が注目されている。そこでは、構成物質自身の次元性とサイズの織り成す物性現象に加えて、構成物質間に存在する低次元ナノスケール界面の物性解明が必要不可欠である。本研究では、ナノカーボン物質と無機半導体によって形成されるナノスケール・低次元界面に対し、理論と実験の両側面から、低次元ナノ界面基礎物性の探索と解明を行い、その結果を基に低次元ナノスケール界面科学の基盤の構築を行う。
本年度は、六方晶窒化ホウ素(h-BN)は窒素とホウ素からなる2次元の原子層物質で、そのトポロジーがグラフェンのそれとほぼ一致していることから、グラフェンとの面内のヘテロ構造構築の点で興味が持たれている。また、当該物質はワイドギャップの半導体であることから、2次元絶縁体としても注目を集めている。ここでは、h-BN中に三角形型のグラフェンフレーク(フェナレニル分子)からなるヘテロ構造の電子状態の解明を行った。特に、グラフェンフレークが不対電子によるS=1/2のスピンを有することから、h-BNに埋め込まれたグレフェンフレークのスピン物性の解明を行った。計算から、h-BNに埋め込まれたグラフェンフレーク間のスピン-スピン相互作用は反強磁性的で、相互作用の大きさは、フレーク間距離が0.5nmで25meVで最大となり、フレーク間の増加に伴い速やかに減少し、1nmを越えると厳密にゼロとなることを明らかにした。また、分極したスピンの分布は境界を形成する原子種、すなわちB/C境界、N/C境界に依存して、境界における異種原子のπ軌道の混成により、異なる振る舞いを示すことが明らかになった。この結果は、h-BN中のグラフェン断片は量子ドットとして振舞うことを示したものである。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (19件) (うち査読あり 18件、 謝辞記載あり 19件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Influence of the Defects on the Electronic Structures of Bilayer Graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Ken Kishimoto and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 644 ページ: 18 - 23

    • DOI

      10.1016/j.susc.2015.08.036

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Energetics and electronic structures of graphene nanoribbons under a lateral electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 96 ページ: 351-361

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2015.09.054

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetic Properties of Graphene Quantum Dots Embedded in h-BN Sheet2016

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama and Susumu Okada
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 ページ: 1293-1302

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b09882

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Influence of electric field on electronic states of graphene nanoribbons under a FET structure2016

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 035101

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.035101

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Influence of fullerene cages on energetics of dipole moment of encapsulated water molecule2016

    • 著者名/発表者名
      Jun-ya Sorimachi and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 04EP02

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.04EP02

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anomalous electrostatic potential properties in CNT thin films under a weak external electric field2016

    • 著者名/発表者名
      U Ishiyama, Nguyen Thanh Cuong, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 045101

    • DOI

      10.7567/APEX.9.045101

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Geometric and electronic structures of corannulene polymers: Ultra narrow graphene ribbons with corrugation and topological defects2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Narita and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 650 ページ: 76 - 81

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.02.075

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of structural deformation on carrier accumulation in semiconducting carbon nanotubes under an external electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Akiko Hasegawa and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 045101

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.045101

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Energetics and electronic structure of tubular Si nanoscale vacancies filled by carbon nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Taketo Kochi and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 055101

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.055101

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Geometric and electronic structures of one-dimenisonally polymerized coronene molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Narita and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 06GF02

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.06GF02

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electron-state tuning of bilayer graphene by defects2016

    • 著者名/発表者名
      Ken Kishimoto and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 06GF06

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.06GF06

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electrostatic properties of fullerenes under an external electric field: First-principles calculations of energetics for all IPR isomers from C60 to C782016

    • 著者名/発表者名
      Jun-ya Sorimachi and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 659 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.06.022

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of an intersection of carbon nanotubes on the carrier accumulation under an external electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Taketo Kochi and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 085103

    • DOI

      10.7567/APEX.9.085103

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Energetics and electronic structure of h-BN nanoribbons2016

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 30653

    • DOI

      10.1038/srep30653

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Polar properties of a hexagonally bonded GaN sheet under biaxial compression2016

    • 著者名/発表者名
      Yanlin Gao, Tomoe Yayama, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 095201

    • DOI

      10.7567/APEX.9.095201

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coexsistence of Dirac cones and Kagome flat bands in two-dimensional network of hydrocarbon molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama, Nguyen Thanh Cuong, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 109 ページ: 755-763

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2016.08.090

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic structure modulation of graphene edges by chemical functionalization2016

    • 著者名/発表者名
      Remi Taira, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 115102

    • DOI

      10.7567/APEX.9.115102

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic properties of pentaorgano [60]fullerenes under an external electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Sho Furutani and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 115103

    • DOI

      10.7567/APEX.9.115103

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fermi level pinning for the carrier accumulation in bilayer graphene with atomic defects by an external electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Ken Kishimoto and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 110 ページ: 011601

    • DOI

      10.1063/1.4973426.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Electronic Properties of Nanoscale Materials under a Finite Electric Field2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Okada
    • 学会等名
      The 19th Asian workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • 発表場所
      National Chiao Tung University (新竹、台湾)
    • 年月日
      2016-10-31 – 2016-11-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coexistence of Dirac Cone and Kagome Band in Two-Dimensional Network of Hydrocarbon Molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama and Susumu Okada
    • 学会等名
      Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-Dimensional Materials - NT16
    • 発表場所
      University of Vienna (ウィーン、オーストリア)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Tuning of polarization of h-BN nanoribbons by the edge hydrogenatio2016

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka ans Susumu Okada
    • 学会等名
      Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-Dimensional Materials - NT16
    • 発表場所
      University of Vienna (ウィーン、オーストリア)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Energetics and electronic structures of GaN thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Yanlin Gao and Susumu Okada
    • 学会等名
      Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-Dimensional Materials - NT16
    • 発表場所
      University of Vienna (ウィーン、オーストリア)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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