2017 Fiscal Year Research-status Report
Material design of group-IV alloy monolayers using bond engineering concept
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17K05056
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
秋山 亨 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40362363)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 混晶 / 混和性 / 電子状態 / ディラックコーン / SiGe / SeSn / SiGeSn |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は「半導体物性は原子種に依存するのではなく原子間ボンド種に依存する」という考え方にもとづくボンドエンジニアリング概念[T. Ito: J. Appl. Phys. 77(1995) 4845]をIV族元素で構成される混晶原子層物質へと適用して、計算科学的アプローチにより、
(1)全組成領域においてIV系混晶原子層物質の形成可能性を見極める、
(2)形成可能な関連物質の物性予測および特異な電子状態の探索を行う、
ことを目的とする。これらの目的を達成して、混晶原子層物質での新物質創製および新機能をもつ材料設計(マテリアルデザイン)の研究地盤を構築することを本研究課題の到達点とする。
本年度は(1)に関する研究に焦点を絞り、IV族混晶単層膜での混和性および構造安定性の検討、実際の原子層膜を作製する上で用いられる成長基板を考慮したIV族混晶単層膜関連物質の混和性および構造安定性を検討した。具体的には、SiGe等の二元系混晶原子層膜およびCSiGeおよびSiGeSn等の三元系原子層膜において、Ag(111)成長基板の構造安定性および電子状態におよぼす影響を第一原理計算に基づき検討した。これらの系における全組成領域における過剰エネルギーの計算から、基板による格子拘束により混和性が大きく変化し組成によっては混和性が改善することを見出した。また、これら原子層物質のバンド構造も計算し、組成に依存して直接遷移型の半導体あるいはグラフェンと同様にディラックコーンを持つゼロギャップ半導体になり得ることを明らかにした。これらIV族系原子層物質に加え、III-V系混晶原子層膜の構造と電子状態を対象した検討も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度に予定したIV族混晶単層膜の検討はすでに完了し、次年度の検討課題としていた成長基板の影響についても一定の成果を納めており、当初予定していた以上の成果を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、IV族混晶多層膜における混和性および構造安定性も解明して膜厚の影響を解明する。また、IV族混晶単層膜関連物質の電子状態を第一原理計算により解析を本格的に開始する。単層および多層膜において各組成の関数としてバンドギャップ値をマッピングし、組成制御という自由度を加えた場合でのバンドエンジニアリングの可能性を見極める。スピン-軌道相互作用を考慮した第一原理計算も実行し、IV 族混晶単層膜関連物質でのトポロジカル絶縁体の形成可能性に関する検討も開始する。さらに、IV族系原子層物質に加えIII-V系混晶原子層膜の構造と電子状態を対してもより系統的な検討を行う。特に、近年原子層物質の形成が報告されているIII族窒化物を対象して、構造安定性、成長基板の影響、膜厚依存性を明らかにする。
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