| 研究領域 | 原子層科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
16H00898
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 六方晶窒化硼素 / ナノ複合構造 / 電気分極 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では量子論に基づく計算科学の手法を用いて、実験的に合成されている種々の新規原子層物質の基礎物性解明、ならびに物性計測時／デバイス動作時において本質となる、各種異種物質との広義複合構造体下での原子層物質の基礎物性を明らかにし、原子層物質に関わる物性現象の完全理解を与えることを目的とする。この目的の下、量子論に立脚した第一原理電子状態計算の手法を用いて、種々の原子層物質と広義異種物質とから形成される複合構造体の基礎物性の解明を行い、原子層物質複合構造体界面物性に関わる学理の探求を行う。同時に、そこで得られた知見を基盤として、その各種物性的特性を応用した、新たな機能を有する原子層物質の物質設計とそれを用いた機能性デバイスの設計指針の提示を行う。
本年度は、既存の化合物原子層物質（六方晶窒化硼素）に着目し、六方晶窒化硼素複合構造下における基礎物性の解明を行った。始めに、六方晶窒化硼素のデバイス応用において本質である微細加工の可能性探索を行う為、六方晶窒化硼素の端形成のエネルギー論と電子構造を明らかにした。六方晶窒化硼素の端の安定性は端の水素原子終端の有無に強く依存することが明らかになった。すなわち、水素終端下においては、いずれの端形状もエネルギー的に同程度の安定性を示し、半導体であることを明らかにした。一方、清浄端においてはアームチェア型の端が最も安定であり、ジグザグ型の端が最も不安定であることを明らかにした。また、六方晶窒化硼素ナノリボンに着目し、当該系において、電気的な分極が期待されることから、その大きさと向きの解明をおこなった。その結果、水素終端の有無と一軸性の引っ張りにより、リボンの極性の向きと大きさを制御できることを明らかにした。また、新たな化合物と層状物質として、GaNの層状構造の可能性とその合成方法の提示をおこなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
六方晶窒化硼素系に対して、形状と電子状態の相関を明らかにしたことに加えて、２年度目に解明を目指していた、当該系を用いた新規デバイス機能の創生とその機能制御方法の提示をおこなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
原子層物質複合構造体の物性探索を遂行し、各種原子層物質と異種物質複合構造体の物性探索とそれに基づく界面科学の構築を行う。また、面内ヘテロ構造を有する各種原子層物質の合成方法の提示と合成を目指すべき構造の提示をおこない、機能性デバイスの可能性の探索と機能応用に資するデバイス構造の提案を行う。また、新規テーマとして、28年度の化合物原子層物質に関する研究成果を基盤として、GaN, InN等のIII-V化合物原子層物質／薄膜の物質設計と電子状態解明、III-V化合物原子層物質を用いた新機能デバイスのデザインを実施し、新たな原子層物質デバイスの提案を行う。さらに、これまでの研究成果の統合により、複合構造体の基礎物性解明によって得られた知見を基に、原子層物質の電子構造の完全制御方法の提示とそれに基づく半導体電子デバイスの設計指針の提示を行う。また、圧電・光電デバイス等のエネルギーデバイスに資する、新たな原子層物質の物質設計とそのデバイス構造の提案を行う。
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