2013 Fiscal Year Research-status Report
基板によりグラフェンに誘起される物性のシミュレ-ション
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25390008
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
斎藤 峯雄 金沢大学, 数物科学系, 教授 (60377398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 史之 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (20432122)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | グラフェン / 基板 / スピン軌道相互作用 / 密度汎関数理論 / 量子伝導 |
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| Research Abstract |
Ni基板上多層グラフェンの電子状態をスピン軌道相互作用を取り入れた第一原理計算により調べ有用な知見が得られた。始めに、Ｎｉ基板上の1層グラフェンの計算を行った。強磁性Ｎｉ基板の影響によりグラフェンのπバンドにおいて、スピン分裂が生じ、さらにこのバンドはスピン軌道相互作用の影響を受ける事が分かった。さらに、Ｎｉ基板上5層グラフェンについて計算を行った。部分状態密度の解析から、Ｎｉ直上のグラフェンの電子状態は、Ｎｉ基板より、非常に大きな影響を受けるが、それ以外のグラフェン層では、影響が小さい事が分かった。
また、ジグザグエッジを持つ多層グラフェンナノリボンの電子状態計算を行った。リボン両端のエッジでは、反対方向のスピンを持ち、層間の相互作用は、強磁性的である事が分かり、全系は反強磁性である事が分かった。この系にキャリアを注入すると、強磁性となる事を発見した。適切な基板の選択により、キャリアの注入が可能ではないかと期待される。
Ｎｉを電極とし、グラフェンの層と垂直方向に流れる量子伝導の計算に関して、試験的な計算を行った。本計算では、NEGF（Non-Eequilibrium Green's Function）法を用いている。この予備的計算により、次年度以降に本格的な計算が始められる環境を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、基板がグラフェンの物性にどの影響を与えるのかを明らかにし、どの様な基板を用いるとデバイス応用上有用な物性を発現できるのかを探究する事を目的としている。
本年度は、第一に強磁性金属であるＮｉ基板が1層及び多層グラフェンにどの様な影響を与えるのかをスピン軌道相互作用を取り入れた計算により明らかにした。また、ジグザグエッジを持つ多層グラフェンナノリボンの計算から、キャリア注入により磁性を制御できる事を明らかにしている（Applied Physics Letters誌に掲載済み）。この様なキャリア注入は、適切な基板を用いる事で達成できると予想される。
以上の様に、基板がグラフェンのい物性を変化させることを明らかにしており、将来のデバイス応用に有用な知見を提供している。
また、Ｎi電極及びグラフェンからなる系の量子伝導計算の予備的計算を行った。本計算ではNEGF（ Non-Equilibrium Green's Function）法を用いている。次年度以降、基板とグラフェンからなる具体的な系の計算の準備ができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度強磁性金属であるNi基板の計算を行ったのに引き続き、今後非磁性金属基板（Aｌ、Ｃｕ，Ａｕ等）、絶縁体（シリコン酸化物）、強誘電体などの基板を候補として研究を進めて行く。一般に基板直上のグラフェン層は、緩衝層となり、本来のグラフェンの電子状態とは大きく異なる可能性がある、いっぽう、それより上の層では、フリースタンディングなグラフェンに近い電子状態を取ると予想されるが、どの程度違うのかを明らかにする事が必要である。本研究では、これら点に着目し、基板上1層グラフェンならびに、多層グラフェンの電子状態を明らかにする。さらに、重い元素からなる基板において、スピン軌道相互作用が、グラフェン各層にどの様な影響を与えるのかを明らかにする。
初年度に、NEGF（Non-Eequilibrium Green's Function）法に基づく、量子伝導計算の予備的な計算を行っている。今後、金属電極とグラフェンからなる系の量子伝導計算を行う。はじめにＡl等の金属を用いた系における伝導計算を行う。さらに、スピン分極した系の計算を行い、グラフェンのスピントロニクス応用の可能性を探る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度行った研究において、Japanese Journal of Applied Physics 誌ならびに、Applied Physics Express誌に投稿し、本年度内に出版許諾を得た2報の論文は、次年度4月に出版となった。他に、Japanese Journal of Applied Physics 誌に投稿した論文が、次年度4月に掲載許諾を得た。そこで、これらの論文の出版に関わる費用を見込み次年度に繰り越す事にした。
繰り越したお金を用いて、次年度4月に出版される論文2報（Japanese Journal of Applied Physics 誌、Applied Physics Express誌）の費用(英文添削を含む）に当てる事にする。さらに、4月に新たに掲載許諾となった論文（Japanese Journal of Applied Physics 誌）の費用の支払いを行う。これらは、次年度前半に行う予定である。
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