| 研究課題/領域番号 |
26390062
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
藤本 義隆 東京工業大学, 理工学研究科, 元素戦略プロジェクト研究員 (70436244)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | グラフェン / ドーピング / 第一原理計算 |
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| 研究実績の概要 |
グラファイト一原子層であるグラフェンは、電気的キャリアの移動度が極めて高いことから、電子デバイスへの応用が期待されている。本研究では、第一原理電子構造計算を用いて、不純物ドープ及び吸着によるグラフェンの電子構造の変化を調べた。まず初めに、グラフェン中の窒素欠陥への水素分子吸着に関して調べた。その結果、窒素置換型欠陥サイトでは、水素分子の解離吸着はエネルギー的に起こりにくいことが分かった。一方、窒素・原子空孔複合欠陥サイト近くで吸着した水素分子は、２つの水素原子に解離し、欠陥中の異なった窒素原子サイトに吸着することが分かった。また、水素吸着前後の電子状態について調べた。その結果、吸着前に存在した窒素・原子空孔複合欠陥由来のアクセプター状態が消失し、フェルミエネルギー近傍にドナー状態が出現することを明らかになった。また、アンモニアと水分子の吸着に関しても同様な計算を行った。その結果、アンモニア分子では、NH2と水素原子に、水分子では、OHと水素原子にそれぞれ解離し、欠陥中の異なった窒素原子サイトにそれぞれ吸着することが分かった。このように、窒素・原子空孔欠陥サイトには、水素分子、アンモニア、及び水分子がエネルギー的に吸着しやすいことが分かった。また、水素分子が吸着することで、グラフェンの電子特性が大きく変化し、ガスセンサーや水素貯蔵などのデバイス材料としての可能性を示唆する結果を得た。さらに、それぞれの吸着分子が、解離吸着することから、グラフェン中の窒素・空孔複合欠陥サイトは、反応活性サイトとして働くことが分かった。
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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
本研究の目的は、グラフェンに不純物や空孔などの欠陥を導入することにより、機能性材料としての応用の可能性を探索することにある。本年度では、グラフェン中の様々な種類の窒素欠陥構造と水素分子等の不純物との吸着エネルギーや電子構造を調べ、グラフェンの高機能化への可能性の一例を見出した。そのため、当初の目的通り、順調に進展しているものと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、推進してきたグラフェン中の欠陥構造と不純物との吸着構造、反応性、電子状態に関する研究をさらに推し進め、グラフェンの高機能デバイス材料としての可能性を調べる。また、これまでの単層シート以外にも、多層シートに関しても調べ、単層シートとの類似点・相違点を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度では有償の計算機システムの利用を予定していたが、他の無償の計算機リソースを確保することができた。そのため、無償の計算機システムを利用することで、研究を予定通り遂行することが可能となったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究を速やかに遂行させるために、計算機システムの利用額を増加する。また、得られた研究成果を公表するために割り当てる。
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