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本研究では、グラフェンから遷移金属ダイカルコゲナイドに至る様々な層状物質に対して、活性サイトの導入による物性変調を密度汎関数理論に基づく第一原理計算による解明を進めた。平成30年度の主な成果は以下のとおりである。
１）二層硫化モリブデン（MoS2）へのLi挿入によるフォノン誘起超伝導特性の発現について検討した。この系については超伝導特性の理論計算の先行研究があるが、本研究で得られた転移温度1.2Kは先行研究の10Kよりずっと低かった。検討の結果、この違いは計算に用いた最安定構造の原子配置がわずかに異なっていることによりフォノンバンド構造が異なることに起因する可能性が高いとわかった。さらに本研究では、先行研究では不安定とされた積層構造が圧縮歪の印加により安定化されることを示した。またこのように安定化した積層構造では、0.6%の圧縮歪み印加時に21Kと高い超伝導転移温度が期待できることを示した。
２）領域内の電子デバイス班でキャリア濃度がよく制御されたアモルファスMoS2結晶の光電子分光測定で電子-フォノン相互作用に由来すると考えられる特徴的なスペクトル形状が得られている。このスペクトルは、MoS2と合わせて形成されていると考えられているMoO3に起因すると推測されている。他方、2次元αMoO3は電子移動度がMoS2よりも高いことから、電界効果トランジスタ等への応用が期待されている。以上を踏まえ、2次元αMoO3におけるキャリアのフォノンによる散乱レートのエネルギー及び波数依存性を計算したところ、価電子帯の頂点および伝導帯の底においてはキャリアの散乱レートが低いことがわかった。これは、2次元αMoO3の電子移動度が高いという事実とよく整合する計算結果である。
以上のように、ドーピングや界面による層状物質のフォノン関連物性の変調に関連する有用な知見を得ることができた。
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