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2015 年度 実績報告書

グラフェン原子層境界における谷分極伝導

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107534
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

中西 毅  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター, 主任研究員 (00301771)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードグラフェン / 有効質量理論 / 電子状態計算
研究実績の概要

本研究では、グラフェンを中心に原子層物質の電気伝導、電子状態、光応答など量子物性を新学術領域内外の研究者と協力しながら理論的に研究し、以下の成果を得た。
グラフェン層境界における電気伝導の層数および境界の原子構造依存性を有効質量理論により調べた。単層2層グラフェン境界においては谷に依存した強い異方性、谷分極伝導が示されたが、層数の増加と共に異方性の度合いは小さくなることを示した。
また扁平したカーボンナノチューブを閉じた端のある2層グラフェンと見なしその境界条件を有効質量近似の方法により導いた。特に電子状態変化の大きい肘掛け椅子とジグザグ型ナノチューブに着目し、2層グラフェンをずらした場合の電子状態の変化を、境界での反射係数と量子化条件により再現した。特にディラック点と線形分散状態に注目し、カイラル状態を示した。これは片方の線形分散だけが境界条件を満たすためである。また、AB積層の場合にエネルギーギャップを示した。これは結合状態が境界条件を満たし伝導帯が常に0エネルギーから始まるのに対し、反結合状態は境界条件を満たさず価電子帯が下がるためである。
グラフェンに代表される層状物質の凝集力はファンデアワールス力として説明されており機械的な加圧や層間への物質挿入による変更が可能であるが、本研究では新たに光学励起による層間距離の変調を探索した。具体的には極性を持つ層状材料(ヘキサゴナル窒化ホウ素)に光学フォノンを誘起することで、各層に動的双極子を発生し、層間引力増強にいたる可能性を見出した。2次元新物質における層状距離制御の新たな方法として赤外レーザー照射を提唱し、実験的研究を提案した。
さらにグラフェンナノリボンの光物性の再検討を行った。光を入射した際の光電場のグラフェンナノリボン付近での動的変調などを主に調べた。グラフェンを用いたテラヘルツ発光素子を提案し特許を出願した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute
  • [国際共同研究] Sichuan University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Sichuan University
  • [雑誌論文] Optical Field Terahertz Amplitude Modulation by Graphene Nanoribbons2015

    • 著者名/発表者名
      H. Zhang, Y. Miyamoto, X. Cheng, and A. Rubio
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 7 ページ: 19012-19017

    • DOI

      10.1039/c5nr05889a

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Effective-mass theory for collapsed carbon nanotubes and bilayer graphene with closed edges2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Nakanishi
    • 学会等名
      CCTN16: 11th International Symposium on Computational Challenges and Tools for Nanotubes
    • 発表場所
      Wien, Austria
    • 年月日
      2016-08-13 – 2016-08-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electronic states of collapsed carbon nanotubes:\cr Displaced bilayer graphene with closed edges2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakanishi and T. Ando
    • 学会等名
      NT16 The Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      Wien, Austria
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical Control of Inter-layer Distance of hBN - a TDDFT study -2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Miyamoto , Hong Zhang, Takehide Miyazaki , Angel Rubio
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Baltimore, Maryland, USA
    • 年月日
      2016-03-14 – 2016-03-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of laser-induced water decomposition by 2D sheets studied by first-principles simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Miyamoto , Hong Zhang, Xinlu Cheng, Angel Rubio
    • 学会等名
      第50回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会
    • 発表場所
      東京大学 伊藤謝恩ホール 東京
    • 年月日
      2016-02-20 – 2016-02-22
  • [学会発表] Electronic states and optical electric-field modulation in graphene nanoribbons2016

    • 著者名/発表者名
      中西 毅
    • 学会等名
      新学術領域研究「原子層科学」 第6回全体会議
    • 発表場所
      東北大学,仙台
    • 年月日
      2016-02-17 – 2016-02-18
  • [学会発表] Band gap due to inter-wall interaction in flattened carbon nanotubes2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nakanishi and T. Ando
    • 学会等名
      International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology
    • 発表場所
      Hilton Waikoloa Village, Waikoloa, USA
    • 年月日
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Boundary between mono- and bi-layer graphene as a valley filter2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nakanishi and T. Ando
    • 学会等名
      International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology
    • 発表場所
      Hilton Waikoloa Village, Waikoloa, USA
    • 年月日
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 2層グラフェンの閉じた端の境界条件と扁平したカーボンナノチューブ2015

    • 著者名/発表者名
      中西 毅, 安藤 恒也
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 大阪
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] Photo-induced dynamics in low-dimensional materials; strong IR illumination inducing lattice and electron dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyamoto
    • 学会等名
      psik 2015 conference
    • 発表場所
      Kursaal Congress Centre, Donostia, San Sebastian, Spain
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-10
    • 国際学会
  • [学会発表] 2-d Metal-Nonmetal Transition in Multi-Walled Carbon Nanotubes2015

    • 著者名/発表者名
      Michio Kida, Nobuyuki Aoki, Takeshi Nakanishi Nakanishi, Jonathan P. Bird, David K. Ferry and Yuichi Ochiai
    • 学会等名
      21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • 年月日
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic states in collapsed carbon nanotubes: Dependence on tube chirality and displacement2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nakanishi and T. Ando
    • 学会等名
      NT15 The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      Toyoda Auditorium Complex Nagoya Japan
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-07-03
    • 国際学会
  • [学会発表] UV to terahertz signal conversion using graphene nanoribbons2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyamoto and H. Zhang
    • 学会等名
      CCTN15 Tenth International Symposium on Computational Challenges and Tools for Nanotubes
    • 発表場所
      Toyoda Auditorium Complex Nagoya Japan
    • 年月日
      2015-06-28 – 2015-06-28
    • 国際学会
  • [備考] グラフェンナノリボンによる紫外光のテラヘルツ変調

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2015/pr20151027_2/pr20151027_2.html

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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