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グラフェンには、ハニカム格子に由来して、ジグザグ、アームチェアと呼ばれる2種類の典型的な端構造が存在するが、グラフェンがナノサイズになると、端の存在によりエッジ状態と呼ばれる非結合性のπ電子状態がジグザグ端に発現する。エッジ状態は局在スピンを有するためナノ炭素材料の電気・磁気機能に密接に関わっており、その電気・磁気物性の解明が望まれている。しかしながら原子レベルでの化学環境によりエッジ状態は大きく変調される。したがってエッジ状態を用いたナノ炭素材料の電気・磁気機能化のために原子レベルでのグラフェン端の構造作製の確立が求められている。本研究では、ナノサイズグラフェン端について、原子レベルでの端構造作製法の確立とその局所的電子物性の解明を目的とした。グラファイト表面の水素化エッチング法により、端が均一に水素化されたエッジ状態を有するナノグラフェンジグザグ端が作製できることをＳＴＭ観察から明らかにした。また、水素化エッチング法の検討を行ったところ、水素化ジグザグ端を局所的に二水素化することでエッジ状態が局所的に失活すること見出した。密度汎関数法シミュレーションにより、コーナーではエッジ水素原子間の立体反発に由来して炭素骨格が再構成していることが分かった。更に、最終年度はこれまで注目されていなかったアームチェア端の化学修飾を検討した。グラファイト表面の水素化エッチングを行い、極低温ＳＴＭにより精密な表面観察と電子状態評価を行ったところ、アームチェア端を部分的に二水素化することで、エッジ状態が新たに発現することを見出した。密度汎関数法によるシミュレーションから、部分的に二水素化することで副格子対称性が破れたためエッジ状態が現れたことが分かった。以上、ナノグラフェン端の原子レベルでの化学修飾状態を変化されることで、エッジ状態の失活・発現を制御できることを見出した。
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